Ядерна революція. Навіщо Біллу Гейтсу будувати атомні станції в Китаї

Китайська національна атомна корпорація (CNNC) оголосила про створення спільного підприємства для будівництва реактора на біжучому хвилі в провінції Хебей на сході країни. Ця провінція півкільцем охоплює столицю КНР Пекін (21,7 млн жителів) і ще один мегаполіс - Тяньцзінь (15,5 млн). Вже один цей факт свідчать про те, що влада КНР впевнені в безпеці майбутньої АЕС.

Як повідомляє Bloomberg, розробка належить компанії TerraPower, головним пакетом акцій якої володіє корпорація Microsoft Білла Гейтса. Потрібно відзначити, що сам Гейтс не тільки очолює TerraPower, але і є головним її ідеологом.

Насправді для засновника Microsoft реактори на біжучому хвилі - це не просто бізнес, а передусім спосіб врятувати світ від енергетичного голоду і притому убезпечитися від екологічних катастроф. Цією ідеєю Гейтс перейнявся років десять тому, і саме вона привела його в зовсім нову для нього сферу атомної енергетики.

Гейтс шукав, який вид енергетики здатний забезпечити мир дешевою електроенергією, не викидаючи в атмосферу вуглекислий газ, що провокує глобальне потепління. Сонячні, вітрові, припливні електростанції поки що дуже дорогі і безсилі, щоб вирішити енергетичні проблеми густонаселених країн Азії і Африки. Але наявні атомні електростанції теж не влаштовували Гейтса, оскільки вони вкрай марнотратно використовують обмежені запаси урану і поряд з енергією виробляють радіоактивні відходи, що представляють собою величезну проблему, вирішувати яку доведеться майбутнім поколінням.

Природний уран являє собою суміш трьох ізотопів: 99,282% урану-238, 0,712% урану-235 і 0,006% урану-234. Тільки два останніх, що складають сумарно менше 1%, "горять" в звичайних реакторах. Щоб ядерне паливо було здатне підтримувати ланцюгову реакцію, природний уран, збагачують, збільшуючи вміст урану-235 і урану-234 до 3-4%. Це означає, що 96-97% ядерного палива являє собою уран-238, який в реакторі не "горить", але забруднюється там продуктами розпаду урану-235 і урану-234. У світі накопичено багато сотень тисяч тонн відпрацьованого ядерного палива (не рахуючи похованих радіоактивних відходів), який чекає, щоб люди придумали, що з ним робити.

Ще в кінці 1950-х з'явилася ідея, як можна використовувати природний уран більш ефективно. На її основі в різних країнах у різний час розроблялася технологія реактора на біжучому хвилі. Він називається так тому, що в ньому ланцюгова реакція розподілу атомних ядер відбувається не відразу у всій активній зоні, а обмежена певним ділянкою, який з плином часу переміщається всередині цієї зони. Такий реактор потребує збагаченому ядерному паливі тільки для затравки, щоб викликати ланцюгову реакцію в початковому ділянці, а весь інший об'єм активної зони може бути заповнений природним (необогащенным) або навіть збідненим ураном - то у вигляді відходів виробництва збагаченого урану, то у вигляді відпрацьованого ядерного палива, вивантаженого з реакторів традиційних АЕС.

Проте реалізувати цю ідею на практиці виявилося важкою справою. У різних країнах проекти такого роду стопорилися, тому що не змогли отримати належних дозволів від державних органів або не знайшли необхідного фінансування, а частіше з обох причин відразу. Деякого прогресу в розробці технології домоглася корпорація Toshiba, і це викликало інтерес у Гейтса. В кінці 2009 р. він відвідав японські заводи Toshiba, підписавши угоду про нерозголошення отриманої інформації. Крім того, представники Гейтса побували з аналогічними місіями в Росії, Індії, Китаї. А незабаром Гейтс поділився - ні, не чужими секретами, а планами своєї компанії.

"Ідея роботи TerraPower в тому, щоб замість згоряння частини урану, того самого 1%, який становить уран-235, домогтися згоряння 99%, тобто урану-238. Ця ідея здається божевільною, але насправді вона давно вже бродить в умах, просто не було можливості створити повноцінну комп'ютерну симуляцію для її перевірки. І тільки тепер, завдяки сучасним суперкомпьютерам, вдалося побудувати симуляцію і переконатися, що при правильному підході до матеріалів цей напрямок може бути ефективним", - розповів глава TerraPower.

Він підкреслив, що можна використовувати в якості палива все накопичилися відходи. "Так що не хвилюватися за їх долю треба, а просто переробляти їх. Це приголомшливо. Ця штука дихає ураном, поки горить. Це як свічка", - натхненно пояснював Гейтс. За його словами, наявного в США збідненого урану достатньо для забезпечення країни енергією на сотні років. Крім того, дешева енергія дозволить отримувати природний уран навіть з океанів. А значить, пообіцяв Гейтс, "шляхом простої фільтрації морської води можна отримати достатньо палива на весь період життя планети Земля".

Судячи з розповіді Гейтса, проект TerraPower передбачає будівництво глибоко в землі як би вертикальної колони з відпрацьованого ядерного палива, після чого процес починається на маківці і продовжується вниз. "Сьогодні реактори постійно завантажуються паливом, а тому потрібно багато людей і багато ланок управління, а будь-який елемент системи може дати збій, тому що треба цю штуку відкривати, щось поміщати всередину, щось виймати. Це не до добра. Так от, якщо є дешеве паливо, то можна завантажити на 60 років вперед. Вважайте, це як колода закопати вглиб і позбутися від складнощів, і воно горить там собі 60 років, поки не згорить, і на цьому все, - пояснив Гейтс. - А щодо відходів - вони просто залишаються там, і утворюється при цьому способі набагато менше. Потім можна їх зібрати, перенести в іншу установку і спалити".

Гейтс визнав, що найважче буде побудувати пілотний реактор: для цього потрібно знайти кілька мільярдів доларів і місцевість зі сприятливою юридичної середовищем для цієї затії. "Як тільки перший реактор буде побудований і при цьому заробить як обіцяно, то все інше ясно, як день, тому що економічність і щільність енергії радикально відрізняються від звичайної ядерної енергетики", - запевнив глава TerraPower.

Сприятливу юридичну середу він знайшов в Китаї і там же - багатого співінвестора в особі CNNC. Відповідні переговори почалися в 2011 р., а у вересні 2015-го, під час візиту до США голови КНР Сі Цзіньпіна, який був підписаний меморандум про взаєморозуміння між CNNC і TerraPower. У 2016-му Гейтс впевнено розповідав про перспективи співпраці з китайцями - і, як бачимо, не помилився. Справа вже дійшла до створення спільного підприємства. Залишилося побудувати, протестувати - і продемонструвати всім, що реактор працює. За планами Гейтса, це повинно відбутися в 2024 р.

Українці придумали свій реактора на біжучому хвилі

З середини 1990-х над проектом безпечного реактора на швидких нейтронах, що працює в режимі хвилі повільного ядерного горіння, працює група вчених Національного наукового центру "Харківський фізико-технічний інститут" під керівництвом академіка Миколи Шульги. Про останніх досягнутих результатах вони розповіли на інститутському семінарі в жовтні 2016 р.

Концепція ХФТІ відрізняється від ідеї TerraPower тим, що харків'яни пропонують "спалювати" в реакторі суміш урану-238 і торію-232 в пропорції 50:50. Родовища, що містять торій, є в багатьох країнах, в тому числі і в Україні. Повна потужність реактора складе 1 ГВт. Як відомо, найбільша в Європі Запорізька АЕС-шість енергоблоків потужністю по 1 ГВт, але то - гігантські споруди, а реактор на бистрій хвилі, пропонований ХФТІ, буде представляти собою колону діаметром 2,4 м і висотою 5 м. Швидкість хвилі "горіння" в ній складе 2 см у рік, а значить, ця колона буде видавати гигаваттную потужність протягом майже 250 років без яких-небудь дозагрузок ядерного "пального" і без выгрузок відпрацьованого палива.

До того ж реактор з повільним ядерним "горінням" є безпечним з точки зору протікають у ньому фізичних процесів - ядерний вибух в такому реакторі неможливий. Напевно, Україні варто було б включити цей проект до пріоритетних, не чекаючи, поки весь ринок захоплять Білл Гейтс з китайцями.