Ядерная энергетика - продукт конверсии (часть 1)
Об истории атомной энергетики и современных отраслевых проблемах в России и мире с физиком-ядерщиком Виктором Муроговым беседует главный редактор проекта «ПостНаука» Ивар Максутов.
— Давайте начнем с истории атомной энергетики. Сегодня ни у кого не вызывает удивление, что мы используем энергию распада атома в мирных целях, в так называемом мирном атоме, но когда-то лишь задумывалось, что такое возможно, что можно эту энергию использовать. Как это виделось в прошлом? Когда вообще возникает такая идея?
— Если говорить о прошлом, то было все по-разному. Если возьмем самое начало прошлого века, то были провидцы, как наш российский академик Владимир Иванович Вернадский, который уже в 1910 году на заседании Академии наук выступил с докладом об открытии новых ядерных сил, которые в миллионы раз более мощные, чем молекулярные силы, и о том, что наступает золотой век человечества. Правда, связывал он это с радиоактивным распадом радия, потому что ни нейтрон, ни деление атома не были известны. Но уже интуитивно он предвидел это. В 1922 году, когда он создавал Радиевый институт в Санкт-Петербурге, он говорил уже об атомной энергетике, о грядущем золотом веке человечества, когда энергии будет в избытке, проблем с продуктами, здоровьем, медициной не будет. В общем, коммунизм.
В это же время другой представитель России, гуманитарий, поэт науки Андрей Белый предвидел:
«Мир рвался в опытах Кюри
Атомной, лопнувшею бомбой
На электронные струи
Невоплощенной гекатомбой».
Это был 1921 год. То есть он видел другую сторону проблемы, когда человечество получит в руки новую, невиданную по мощности, глобальную технологию и возникнет вопрос, соответствует ли она моральным устоям человечества. Но как я сказал, это все было до открытия в 1932 году нейтрона будущим Нобелевским лауреатом Джеймсом Чедвиком. Нейтрон, не имея заряда, может проникать и вызывать деление тяжелых ядер, таких как уран. После того как в 1938 году было экспериментально открыто деление урана (это сделали будущие Нобелевские лауреаты Отто Ган, сын нашего эмигранта, и Лиза Мейтнер), началось бурное развитие новой науки — физики деления ядер, нейтронной физики, и уже появились первые проекты использования этого эффекта деления (пока только бумажные).
Уже в 1939 году ученые-эмигранты, которые были в Соединенных Штатах, обратились к президенту Рузвельту, используя авторитет Альберта Эйнштейна, с сообщением, что открыты новые ядерные силы и что эти силы могут иметь как мирное, так и военное применение. Что нацисты ведут в Германии уже практические работы, успех которых может создать угрозу США (а нацисты действительно вели работы очень бурно). И если бы не действия союзников, которые уничтожили заводы по тяжелой воде в Норвегии, нацисты могли бы создать ядерную бомбу где-то к 1944 году. Именно поэтому ученые-эмигранты обратились к Рузвельту с предложением срочно начать атомный проект, Манхэттенский проект. Это был 1942 год.
Как вы помните, у нас в это время шла Сталинградская битва, мы были втянуты в войну за выживание государства. Хотя наши ученые, такие как Флеров, писали в письмах с фронта правительству: «Последний раз пишу о необходимости срочно начинать эти работы». Шли донесения разведки. Были получены некоторые данные от пленных офицеров. В итоге было принято решение об организации Лаборатории №2 (ЛИПАН — Лаборатория измерительных приборов АН СССР) — сейчас это Курчатовский институт. Стали собирать ученых, в том числе из Ленинградского Физтеха, стали отзывать ученых с фронта для этих работ. Занимались этим и министр образования Кафтанов, и заместитель председателя Совета министров Первухин, и Молотов. Но это еще не было главным, важнейшим приоритетом для государства.
— Как работал Манхэттенский проект?
— Манхэттенский проект (англ. Manhattan Project) — кодовое название программы США по разработке ядерного оружия, осуществление которой началось 17 сентября 1943 года. Перед этим исследования велись в Урановом комитете (S-1 Uranium Committee, с 1939 года). В проекте принимали участие ученые из Соединенных Штатов Америки, Великобритании, Германии и Канады, такие как Ферми, Сциллард, Теллер и др.
Чтобы сделать атомную бомбу (в принципе надо говорить о ядерной бомбе, ядерном оружии, ядерном реакторе и ядерной станции Nuclear Power Plant (NPP) — на языке оригинала), надо иметь или плутоний — искусственный продукт, который получается из урана-238, — или высокообогащенный уран-235. Два пути. Реакторов не было. Первый в мире уран — графитовый реактор на природном уране — был пущен в декабре 1942 года под руководством Энрико Ферми. Это был прототип будущих реакторов — наработчиков плутония. Без таких реакторов получить значительные количества плутония было невозможно. То есть плутония еще не было.
Началось с обогащения природного урана, а это сложный, энергоемкий и дорогой процесс. Диффузионное обогащение можно представить так: миллионы мембран, через которые проходят в газообразной форме уран-фтор, и поскольку ядра урана-235 примерно на 1% легче, чем ядра урана-238, то после миллиона препятствий чуть-чуть увеличивается содержание урана-235. Практически надо достичь обогащения по урану-235 примерно до 70%, в идеале — 93–95%. Что это такое? Достаточно сказать, что, когда наша страна начала создавать обогатительное производство для создания атомной бомбы, для работы этого обогатительного производства на ночь отключалось электричество на всей европейской части страны. Это можно было позволить только в централизованном государстве. В этом была и ошибка прогнозов американцев, они не предвидели, что страна может так сконцентрировать силы. И только ценой усилий, когда все было поставлено, в общем-то, на карту выживания, это бомба была создана. Но мы забежали вперед.
Проект американский шел быстро, одновременно появились ядерные реакторы (в 1944 году — первый реактор на тяжелой воде), обогатительные заводы и предприятия по переработке облученного топлива и др. — создавалась новая ядерная отрасль. Англия, Франция и Канада участвовали в этом проекте. Советский Союз был изолирован, хотя, благодаря разведке, руководство советского атомного проекта имело информацию о ходе реализации Манхэттенского проекта. Но в июле 1945 года американцы взорвали первую бомбу. Более того, в августе 1945-го США сбросили бомбу на Хиросиму, Нагасаки и, как они говорят, «обеспечили капитуляцию Японии и сберегли своим американским матерям миллион человеческих жизней их сыновей, но уничтожили 240 тысяч японских граждан». Это две стороны одной правды.
И после этого в Советском Союзе проблема создания ядерного оружия была поставлена на практическую ногу. В сентябре 1945 года было создано Первое главное управление (ПГУ-1), во главе которого поставлен Берия как руководитель, объединявший в своих руках сразу три ведомства. Первое — зарубежная разведка, которая была очень ценна, потому что важно было знать направление работ в США. Немцы, например, из-за отсутствия такой информации зашли в тупик. Второе — рабочая сила, миллионы заключенных; третье — возможность привлекать к работе любые предприятия, заводы, институты и любых ученых и специалистов. И была решена проблема подготовки кадров — создана уникальная новаторская система ядерного образования (университетский уровень на инженерной основе). Для работы и преподавания в Московском механическом институте (бывший Институт боеприпасов, будущий МИФИ) привлекались выдающиеся ученые и отбирались лучшие студенты со всей страны.
США пустили первый реактор ядерный в декабре 1942 года, а взорвали первую бомбу в 1945 году. Лаборатория №2 (Институт Курчатова) — запуск реактора в декабре 1946 года, а взрыв бомбы в 1949 году в Семипалатинске. То есть СССР справился за 4 года вместо прогнозируемых американцами 15.
После того как в 1946 году мы пустили первый реактор, началась гонка, которая продолжалась до 1953 года, пока Советский Союз не взорвал первую водородную бомбу — транспортабельную. США взорвали водородную бомбу в 1952 году, но только как установку на земле (более 80 тонн), а благодаря усилиям Харитона, Сахарова, Зельдовича и других мы взорвали реальную транспортабельную бомбу.
И 1953 год стал переломным в том смысле, что американцы выступили с инициативой (президент США Эйзенхауэр выступил в ООН — «Atom for Peace»), которую в конце концов Советский Союз поддержал: «Атом для мира».
В итоге ООН принял решение о создании международного режима ядерного нераспространения и о создании Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) для помощи странам в реализации этого режима и контроля над мирным использованием ядерных технологий.
Смотрите также: часть 2
Виктор Мурогов — доктор технических наук, профессор НИЯУ (МИФИ-ИАТЭ), главный научный сотрудник НИЦ КИ, член Международной ядерной академии, директор Международного центра ядерного образования МИФИ, директор Российской ассоциации ядерной науки и образования, в прошлом — директор Физико-энергетического института в Обнинске.
ПостНаука
читать полностью
Последнее из блога:
