Эпоха ядерного огня

В 1986 году, том самом, в котором случилась Чернобыльская катастрофа, два американских профессора физики Пол Крейг и Джон Джангерман выпустили новое пособие по вопросам, связанным с ядерным оружием. Во введении авторы выдвинули следующий тезис: мир переживает «эру рождения ядерного огня».

Какие уроки мы можем извлечь из ядерного кризиса? Те же, что преподали нам страшные землетрясения и цунами: мир полон опасностей, и наши возможности удерживать его в состоянии хрупкой стабильности ограниченны

Военный вертолет измеряет уровень радиации над британской АЭС «Селлафилд», на которой в 1957 году произошла авария с выбросом в атмосферу значительного количества радиоактивных веществ. Станция была закрыта в 2003 году.  Фото: TOPFOTO/FOTODOM.RU 

Что они имели в виду? «Поразительный факт состоит в том, — писали ученые, — что ядерный огонь в 10 и даже 100 миллионов раз мощнее химического». Физик Юджин Вигнер из Принстона, участвовавший в Манхэттенском проекте создания первой атомной бомбы, формулирует это так: «Одного фунта угля достаточно, чтобы нагреть 700 фунтов воды на 18 градусов по Фаренгейту. А одного фунта урана хватит, чтобы нагреть до такой же температуры 2 миллиарда фунтов воды». 

Расщепив атом и породив ядерный огонь, человечество в своей способности изменять природу преодолело новый рубеж. После того как на Японию была сброшена атомная бомба, некоторые из ее создателей, в том числе и Вигнер, выпустили книгу-эссе — небольшую, но имевшую заметный успех. Она называлась «Один мир или ни одного» и была полна зловещих пророчеств. В ней Роберт Оппенгеймер, научный руководитель Манхэттенского проекта, призвал поставить всякую деятельность, связанную с использованием энергии атома, под международный контроль.

По словам ученого, «колоссальная разрушительная мощь», высвобождаемая в ядерных реакциях, требует «новых, более эффективных методов» такого контроля. Идея Оппенгеймера о международном контроле, то есть об «одном мире», не была воплощена. Но сбылись некоторые из его опасений относительно угроз, которые несет ядерная энергия. Ядерное оружие расползалось и продолжает расползаться по миру.

Проблема нераспространения ядерных материалов — урана и плутония — так до конца и не решена. И авария на атомной электростанции «Фукусима» в Японии — очередное напоминание о том, что использование ядерной энергии даже в мирных целях сопряжено с громадными рисками. 

Чернобыльская авария 26 апреля 1986 года — крупнейшая гражданская ядерная катастрофа. Масштабы ее последствий — радиоактивное заражение, облучение населения, затраты на дезактивацию — огромны. Она и две другие наиболее серьезные аварии («Три-МайлАйленд» в Соединенных Штатах и «Фукусима» в Японии) породили у людей глубокие сомнения в целесообразности использования ядерной энергии. 

После аварии на «Три-Майл-Айленде» в 1979 году атомная промышленность замерла, не было новых заказов на реакторы. Чернобыль продлил этот паралич. Чернобыльский энергоблок имел оригинальную конструкцию, известную как РБМК (реактор большой мощности канальный). В отличие от западных реакторов у него не было внешней оболочки для удержания радиации в случае аварии. Это был огромный конструктивный недостаток.

Химический взрыв и последовавший за ним пожар выбросили в атмосферу огромное количество радиоактивных материалов. Из 17 построенных реакторов чернобыльского типа продолжают работать 11, все в России — на Курской, Ленинградской и Смоленской АЭС. Правда, после аварии они были модифицированы с целью повышения безопасности. Аварии на «Три-Майл-Айленде» и «Фукусиме» связаны с одним и тем же фактором: и там и там работа ядерных реакторов зависит от насосов, прокачивающих через них воду. 

Пятьдесят минут надежды

Системы безопасности АЭС должны обеспечить решение трех основных задач: остановку реактора, его охлаждение (отвод тепла, выделяемого при делении ядер) и удержание радиоактивных веществ. На «Фукусиме-1» была выполнена только первая задача: аварийная остановка реакторов.

Основную систему энергоснабжения станции повредило землетрясение. Система аварийного питания проработала только 50 минут: ее вывела из строя волна цунами; процесс охлаждения реактора прекратился. По-видимому, вследствие этого циркониевый корпус тепловыделяющих элементов перегрелся и вступил в реакцию с водяным паром. Образовался свободный газообразный водород, который, смешиваясь с воздухом, превратился в исключительно взрывоопасный гремучий газ. Быстрое сгорание водорода — можно сказать, взрыв — повредило здание реакторов.

Основная опасность, связанная с попаданием в среду радиоактивных веществ, была устранена остановкой реакторов. После этого выброс изотопов урана и плутония из активной зоны был практически исключен. Главную угрозу представляли цезий и йод — летучие газы, выделяющиеся из топливных таблеток и из заполненного гелием зазора между оболочкой тепловыделяющего элемента и его сердечником. В первые дни после аварии основное заражение было вызвано изотопами йода-131 (период полураспада 8 суток). По мере его распада проявит себя и цезий-137, поскольку его период полураспада гораздо больше, чем у йода-131: около 30 лет.

Стихия: двойной удар

В Японии все атомные электростанции располагаются в прибрежной зоне, чтобы в их охлаждающих системах можно было использовать морскую воду. В префектуре Фукусима расположены две АЭС — «Фукусима-1» (шесть блоков с реакторами на кипящей воде) и «Фукусима-2» (четыре таких же реактора). Как и все японские электростанции, они были рассчитаны так, чтобы выдержать землетрясение магнитудой 8,0 и цунами высотой 6 м. Но магнитуда землетрясения 11 марта 2011 года достигла 9,0, а высота волны, подошедшей 50 минут спустя, — 14 м.

Здание АЭС «Фукусима-1» было повреждено взрывом гремучего газа, и в окружающую среду попали радиоактивные вещества. 20-километровая зона вокруг станции была объявлена зоной эвакуации (отселено 170 000 человек), а район от 20 до 30 км — зоной повышенной радиационной опасности, которую тоже рекомендовалось покинуть. По мнению же экспертов ООН, зону эвакуации следовало расширить до 40 км.

Когда стержни с ядерным топливом введены в активную зону, они генерируют тепло. Это тепло отводится водой. Если насосы, прокачивающие воду, остановятся, она перестанет циркулировать и испаряться — закончится это расплавлением топливных стержней. 

На станции «Три-Майл-Айленд» испортился клапан, и операторы совершили ошибку, отключив насосы. Последовало частичное плавление, но расплав не вышел за пределы прочного корпуса реактора. На «Фукусиме» аварию вызвал природный катаклизм — мощное землетрясение, нарушившее электроснабжение станции. На этот случай имелись резервные дизельные генераторы. Однако вызванное землетрясением цунами вывело их из строя. Резервные аккумуляторы вскоре сели . Насосы встали. 

На «Фукусиме», поскольку стержни оставались сухими, скорее всего, случилось несколько частичных расплавлений стержней с высвобождением радиоактивных веществ. Другая проблема на станции возникла, когда насосы перестали охлаждать и отработанное топливо, хранившееся в бассейнах с водой. Ситуация к моменту написания этой статьи прояснилась не полностью, но очевидно, что из реакторов «Фукусимы» происходит утечка радиоактивной воды и газов. 

По словам президента компании Executive & Nuclear Consulting Тома Кримминса (независимого эксперта, консультирующего руководителей атомных электростанций), происшедшее в любом случае «отбросит назад всю индустрию. Есть обязательные уроки, касающиеся прежде всего степени избыточности, которые должны быть усвоены конструкторами. В частности, на какой высоте следует устанавливать дизельные генераторы из-за угрозы цунами». Он поясняет, что дизели «Фукусимы» были защищены от прогнозируемой шестиметровой волны, но одна из пришедших волн достигала 14 м, «чего никто не ожидал». 

АЭС «Фукусима» построена по проекту компании General Electric 40-летней давности. В более современных конструкциях применяются новые методы охлаждения, меньше зависящие от насосов. Один из них, например, состоит в использовании гравитации: в экстренном случае вода поступает к топливным стержням под действием силы тяжести — самотеком. Однако, по словам Кримминса, сделаны огромные инвестиции в индустрию водяных реакторов, так что они должны быть усовершенствованы, а не отброшены. «Мы должны использовать то, что работает».

В последние годы Соединенные Штаты, казалось, стояли на пороге ядерного ренессанса. Он представлялся неизбежным, поскольку росла озабоченность, связанная с глобальным потеплением из-за двуокиси углерода, выбрасываемого в атмосферу электростанциями, работающими на угле и нефтепродуктах. Глобальное потепление выглядело большим злом, чем атомная энергетика. В 2006 году Патрик Мур, соучредитель Гринписа, высказался в пользу ядерной энергетики, против которой долгое время выступал. «Мои взгляды изменились, — заявил он, — и другим участникам экологического движения тоже следует скорректировать свои взгляды, поскольку именно ядерная энергия спасет планету от надвигающегося бедствия: катастрофического изменения климата». 

Чтобы ускорить процесс возрождения атомной отрасли, американский конгресс одобрил госгарантии по кредитам для компаний, строящих АЭС, в размере 18,5 миллиарда долларов. Этот ренессанс авария на «Фукусиме» вполне может остановить, но другие страны продолжают вынашивать планы развития атомной энергетики. Согласно журналу Economist, в Китае 77 реакторов находятся на различных стадиях проектирования и строительства, в России — 24, в Индии — 23. Соединенные Штаты располагают 104 работающими реакторами и планируют добавить к ним еще 10. Всего в мире сегодня 443 действующих ядерных реактора, которые генерируют 14% всей электроэнергии. Большинство из них старые, средний возраст составляет 27 лет. Еще 220 строятся или проектируются. 

Кристофер Пейн, директор ядерной программы в Совете по защите природных ресурсов (NRDC) в Вашингтоне, говорит, что события в Японии «напоминают нам: ядерная энергетика может долгое время функционировать почти безаварийно, с небольшими выбросами и, казалось бы, низким риском для населения. Однако маловероятные, но очень тяжелые по последствиям события в ней время от времени случаются — и это неустранимое ее свойство. Такова история: каждые 15–20 лет — крупный инцидент». 

Но проблемы ядерной безопасности сегодня далеко не ограничиваются надежностью атомных электростанций. Главная угроза — на АЭС производится ядерное топливо, которое может быть использовано для создания бомб. Низкообогащенный уран можно использовать в реакторах, но высокообогащенный уран — это оружие. Оборудование, необходимое для создания низкообогащенного урана, может служить также для создания материалов оружейного качества. Похоже, что Иран, несмотря на протесты других стран, движется в этом направлении. Недавно Северная Корея взбудоражила мир, продемонстрировав американскому ученому нечто, очень напоминающее современную систему обогащения урана. Да и два испытания ядерного оружия, которые она провела, говорят сами за себя. 

3 декабря прошлого года Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) одобрило план строительства нового хранилища ядерного топлива. Идея состоит в том, чтобы склонить государства, которым необходимо низкообогащенное топливо для реакторов гражданского назначения, получать его из международного резерва, а не заниматься обогащением собственными силами. Фонд «Инициатива по сокращению ядерной угрозы» (NTI) в Вашингтоне и американский бизнесмен Уорен Баффет вместе выделили 50 миллионов долларов стартового капитала для этого нового проекта. Еще раньше Россия и МАГАТЭ решили разместить подобный топливный банк в Ангарске, и он был открыт в прошлом году с запасом в 120 тонн низкообогащенного топлива. 

Уже много лет на каждой Конференции по разоружению в Женеве обсуждается договор о контролируемом сокращении производства делящихся материалов. Но до сих пор его заключение блокировалось Пакистаном, который наперегонки с Индией, также обладающей ядерным оружием, продолжает наращивать свой ядерный арсенал. 

Другая проблема — по мнению эксперта по ядерному оружию Андреаса Персбо, в хранилищах по всему миру все еще остается огромное наследие холодной вой ны, насчитывающее многие сотни тонн делящихся материалов. Хотя большинство этих запасов находится на территории Соединенных Штатов и России, немалая доля приходится также на Китай, Францию и Великобританию. Одним из значительнейших достижений периода после окончания холодной войны была программа под названием «Мегатонны в мегаватты»: Россия продавала предварительно доведенный до реакторной степени обогащения уран из ядерных бое головок (всего более 400 тонн) Соединенным Штатам для добавления в топливо реакторов гражданского назначения. 

В прошлом году на саммите в Вашингтоне президент Барак Обама обязался в течение четырех лет обеспечить безопасное хранение всех ядерных материалов. Но объем их гораздо больше, чем многие себе представляют. Согласно исследованию, проведенному в прошлом году Счетной палатой США, в мире есть несколько сотен мест, где хранятся существенные запасы ядерных материалов, и «большое число таких мест можно отнести к весьма уязвимым». 

Недавно было предпринято несколько серьезных шагов, направленных на то, чтобы исключить захват террористами ядерных материалов. В ноябре прошлого года Соединенные Штаты и Казахстан завершили передачу в новое хранилище 300 т отработанного топлива, в котором содержится более 10 т плутония оружейного качества, достаточных для изготовления 775 ядерных зарядов. В декабре США сообщили о вывозе 28 фунтов высокообогащенного урана из Сербии. Также в декабре правительство Белоруссии объявило о том, что готово расстаться со своими запасами высокообогащенного урана, чего Соединенные Штаты добивались годами. 

Конечно, сегодня число ядерных боеголовок существенно меньше, чем на пике холодной войны. Россия и Соединенные Штаты недавно подписали договор о стратегическом ядерном оружии, ограничивающий арсенал каждой стороны 1550 боеголовками. Но на самом деле обе страны вывели значительную часть свое го ядерного оружия — счет идет на тысячи единиц — за рамки данного договора.

В Соединенных Штатах примерно 2000 стратегических ядерных боеголовок находятся «в резерве» и не учитываются в общем балансе. В России имеется несколько тысяч тактических, или малого радиуса действия, боеголовок, не подпадающих под этот и любые другие договоры (США также располагают примерно 500 тактическими ядерными бое головками.) «Открытость» почти не коснулась этого вида оружия. Планы модернизации как самих боеголовок, так и средств их доставки, например подводных лодок, реализуются обеими сторонами. 

Теракт 11 сентября в США усилил страхи перед ядерным терроризмом. В последние годы официальные лица США с особенным беспокойством обсуждают один из возможных сценариев: использование «грязной бомбы», представляющей собой обычный заряд, который, взрываясь, разбрасывает радиоактивные материалы по большой территории. В городах и портах страны были установлены новые детекторы радиации. До сих пор, правда, таких попыток не было — террористы пока предпочитают использовать для своих атак традиционные виды оружия. 

Грэм Эллисон, директор Центра Белфера по науке и международным отношениям при Гарвардском университете, считает, что мир не имеет права терять бдительность в вопросах ядерной безопасности. «Какие уроки мы должны извлечь из японского ядерного кризиса? — задается он вопросом. — Те же, что и из землетрясения магнитудой 9,0, сопровождавшегося мощным цунами: мир полон опасностей, и наши возможности удерживать его в состоянии хрупкой стабильности ограниченны». 

«Насколько плохо обстоят дела сегодня? — продолжает Эллисон, который не устает напоминать нам об угрозе ядерного терроризма и необходимости прилагать больше усилий для ее предотвращения. — Представьте себе одну маленькую ядерную бомбу в Фукусиме. Погибнут тысячи людей. А если это будет Токио? Пятьсот тысяч умрут в один момент… Если мы задумаемся о том, что из накопленных ядерных материалов можно сделать по ядерной бомбе для каждого города, это изменит наш мир. То, что может, как нам кажется, подождать до завтра, необходимо делать уже сейчас».

Автор: Дэвид Хоффман, ВОКРУГ СВЕТА