Огромная энергия, скрытая в маленькой частице

Человечество прогрессирует. От собирательного и охотничьего образа жизни до занятий сельским хозяйством людской род шел 90 тыс. лет. Ещё 10 тыс. лет понадобилось, чтобы осуществить промышленную революцию, ну а потом люди расщепили атом. Это открыло перед человечеством новые возможности для удовлетворения энергетических потребностей, создания уникальных материалов, изучения просторов космоса и Вселенной.

Впервые о явлении радиоактивности человечество узнало от французского физика Антуана Беккереля ещё в 1896 году. Он открыл феномен самопроизвольного превращения атомов одного элемента в атомы другого, сопровождаю­щийся испусканием элементарных частиц и электромагнитного излучения. Следую­щие десятилетия учёные занимались тщательным изучением соответствующих процессов, и главное – учились использовать их на благо человечества.

В начале 1970-х годов в Габоне французские специалисты случайно обнаружили урановую руду с пониженной концентра­цией изотопа урана-235, что обычно бывает в результате ядерной реакции.

После детального изучения добытого из шахты материала специалисты пришли к удивительному выводу: в урановой руде протекала ядерная реакция деления, возникшая естественным путём. Так стало известно о существовании природного ядерного реактора, которому вот уже более двух миллиардов лет.

Для этого совпали два фактора. Во-первых, как уже было сказано, в руде содержалась критическая масса урана-235. Второе – там же присутствовала вода, естественный замедлитель ядерной реакции. Если бы вода не замедляла нейтроны, управляемая реакция расщепления была бы невозможна, и расщепления атомов бы не произошло.

Говоря простыми словами, ядерная энергия – это тип энергии, высвобож­дающейся из ядра центральной части атома, состоящей из нейтронов и протонов. И лучше всего данный процесс «получается» у урана.

Этот элемент обладает двумя первичными изотопами – 238 и 235. На первый приходится большая часть запасов, но он не ценен для атомной энергетики. Только уран-235 способен вступать в полезную цепную реакцию деления, необходимую для получения энергии. Его запасы составляют 1% от всей урановой добычи.

Чтобы повысить вероятность того, что ядра природного урана будут нужным образом делиться, его обогащают. Готовая «таблетка» распадается в атомном реакторе, выделяя огромное количество тепла и нагревая воду. Дальше, так сказать, по старинке – пар под давлением вращает турбину, вырабатывается ток.

Преимущества подобного способа колоссальны. Атомные электростанции не загрязняют окружающую среду опасными и вредными выбросами, при этом, надо отметить, что один килограмм­ обогащенного урана вырабатывает энергию, равную той, которая получается при сжигании 100 тонн угля или 60 тонн нефти.

Строительство АЭС ведёт за собой и экономическое развитие. Так, одно рабочее место при возведении станции даёт 10 рабочих мест в смежных отраслях. Развитие атомной энергетики стимулирует научные исследования и рост экспорта высокотехнологичных изделий.

Ежегодно атомными электростанциями вырабатывается 2,5 млн гигаватт. Сегодня 91% всей вырабатываемой ядерной энергии приходится на 15 стран. Лидером являются США – на них приходится треть от всего количества. При этом самая зависимая от атомной энергии страна – Франция. 70% всей её электроэнергии вырабатывается на АЭС.

К слову, АЭС в целом гораздо безопас­нее других электростанций. Согласно исследованию института Пауля Шеррера, число несчастных случаев с летальным исходом на АЭС гораздо ниже, чем на других энергетических объектах, – менее 0,01. Для сравнения: на угольных – 120 случаев, на нефтяных – 99.

Подпорченная репутация

Однако из соображений безопасности с 1960 года в мире закрылись около 200 атомных станций. Память о печальных и страшных инцидентах с АЭС и сегодня серьёзно сдерживает развитие атомной энергетики.

Действительно, когда речь заходит об атомных электростанциях, первым делом на ум приходит Чернобыльская катастрофа. Та авария расценивается как крупнейшая в своём роде за всю историю атомной энергетики.

Авария на Чернобыльской АЭС стала событием большого общественно-политического значения для СССР. Все это наложило определенный отпечаток на ход расследования её причин. У специа­листов нет единого мнения о точных причинах аварии, версии разных специалистов-атомщиков сходны в общих чертах и различаются в конкретных механизмах возникновения и развития аварийной ситуации.

Мировой атомной энергетике в результате Чернобыльской аварии был нанесен серьёзный удар. С 1986 по 2002 год в странах Северной Америки и Западной Европы не было построено ни одной новой АЭС, что связано как с давлением общественного мнения, так и с тем, что значительно возросли страховые взносы и уменьшилась рентабельность ядерной энергетики.

В СССР в свою очередь было законсервировано или прекращено возведение и проектирование 10 новых АЭС, заморожено строительство десятков новых энергоблоков на действующих атомных электростанциях в разных областях и республиках.

Ещё один удар нанесла атомной энергетике трагедия на Фукусиме в 2011 году. Там, напомним, причиной аварии стали обрушившееся на Японию цунами и ряд землетрясений.

Эти две ядерные катастрофы считаются самыми крупными в истории атомной энергетики. И они напрямую повлияли на политику в отношении АЭС в мире – многие страны принципиально отказывались от использования мирного атома.

Однако современные обстоятельства – климатические изменения, энергетический переход, стремление к устойчивому развитию и тренд на «озеленение» экономики вкупе с дефицитом энергомощностей – вновь поворачивают мир к возможностям атомной энергетики.

Надёжная базовая генерация

В 2021 году Президент Казахстана Касым-­Жомарт Токаев заявил о необходимости строительства в республике АЭС.

«Население и экономика нашей страны растут – для роста нужна энергия. С постепенным закатом угольной эпохи, помимо возобновляемых источников, нам придётся задуматься и об источниках надёжной базовой генерации энергии. Уже к 2030 году в Казахстане наступит дефицит элект­роэнергии. Мировой опыт подсказывает наиболее оптимальный выход – это мирный атом», – сказал он на Восточном экономическом форуме-2021.

В 2023 году в Послании народу Президент предложил вынести на общенациональный референдум вопрос о строительстве АЭС в Казахстане.

«Строительство или отказ от возведения АЭС – это крайне важный вопрос, касающийся будущего нашей страны. Поэтому предлагаю вынести его на общенациональный референдум», – сказал Глава государства.

В первую очередь, конечно же, строи­тельство АЭС должно помочь решить вопрос дефицита электроэнергии в стране. Например, на заседании коллегии Минэнерго председатель правления KEGOC Наби Айтжанов озвучил, что нынешний осенне-зимний период показывает: дефицит может составить 1,025 ГВт, который покрывается путём импорта (из России).

Кроме того, Казахстан взял на себя обязательство достичь полной углеводородной нейтральности к 2060 году. Для этой цели подходят и атомная генерация, и использование возобновляемых источников энергии. Но базовая генерация, в отличие от ВИЭ, ведётся на постоянной основе и не зависит, например, от погоды. Коэффициент использования установленной мощности у атомной электростанции превышает 90%, у ВИЭ колеблется в районе 25–35%.

К тому же Казахстан занимает второе место в мире по запасам урана и первое – по его добыче.