Future Progressive. Дмитрий Горчаков
О ядерном прогрессе, психотравме Чернобыля и Фукусимы, зеленой повестке для атома, будущем термояда, мини-АЭС и возможном проигрыше для всего человечества
Все интервью выпуска #2(28) 2022, опубликованные под рубрикой «Будущее», перепечатаны из книги Future Progressive, которую выпустил в 2021 году ВТБ Private Banking. Печатается с сокращениями
Известно, что современная ядерная энергетика – побочный продукт военной ядерной программы, рожденной в 1940–1950-е годы. Насколько далеко современные ядерные энергетические технологии ушли от войны? Или в их базе по-прежнему то, что было сделано великими во главе с Курчатовым?
Действительно, историческая связь военных и мирных атомных программ очень сильная. Военные появились первыми. Первые реакторы изначально строились для наработки плутония для бомбы. А водо-водяные атомные реакторы – технология, которая сейчас широко используется на мирных АЭС, – изначально разрабатывались для подводных лодок. То есть известная связь сохраняется до сих пор. Но если даже не технологически, то технически ветви давно разошлись, и каждая развивается самостоятельно. Конечно, современный ядерный реактор атомной станции к военным программам вообще не имеет отношения.
При этом есть важная составляющая мирной атомной энергетики – комбинаты, которые работают в ядерном топливном цикле, для обогащения урана или для переработки ядерного топлива. Исторически они тоже строились для создания ядерного оружия. И до сих пор процесс, который происходит, например, при переработке ядерного топлива, во многом похож на то, что делали, когда создавали первую бомбу. Многие технологии в атомной сфере двойного назначения. То есть пересечений действительно очень много, но это не значит, что эти технологии используются для военных целей.
Ядерное оружие сейчас есть всего у девяти стран, а мирная атомная энергетика – более чем у 30. Это означает, что совершенно необязательно заниматься военными программами, чтобы использовать атомную энергетику и другие мирные ядерные технологии, например ядерную медицину или науку.
Насколько далеко современные ядерные реакторы ушли от машин первого поколения?
Первые водо-водяные реакторы появились в военных программах еще в 1950-е годы. С тех пор создано несколько поколений реакторов, но различия между ними касаются не столько ядерной физики (она не сильно меняется), сколько сопутствующих систем: топлива, конструкционных материалов, систем управления и т. д. Повышаются безопасность, надежность, экономические показатели, более эффективно используется топливо.
То есть никаких революций?
Атомная отрасль очень консервативна в силу требований безопасности и необходимости проведения многих тестов перед внедрением чего-то нового. Поэтому революций тут не бывает, но эволюционные улучшения идут постоянно. Например, мы одними из первых построили водо-водяной реактор последнего на этот день поколения 3+. Это не революционное изобретение: мы постепенно, эволюционно, шаг за шагом улучшаем предыдущие модели. В итоге эти реакторы – это самое безопасное и эффективное, что можно построить по данной технологии. Есть и другие технологии, например быстрые реакторы или малые АЭС, но и там идет постепенное развитие, без революций.
Реакторов поколения 3+ много?
Россия первой в мире построила такой реактор на Нововоронежской АЭС в 2016 году. В общей сложности теперь их у нас четыре – по два на Ленинградской АЭС-2 и на Нововоронежской АЭС. Подобные энергоблоки есть и в других странах, но Россия также первая, кто начал их экспортировать. Один блок поколония 3+ уже запущен на Белорусской АЭС, на очереди второй там же, и такие блоки мы еще строим в нескольких странах: Турции, Бангладеш, Египте, Китае, Индии, Финляндии и т. д.
Кажется, соседние с Белоруссией страны не очень обрадовались такому соседству. Насколько остро сегодня стоят вопросы, связанные с безопасностью АЭС, особенно после Чернобыля и Фукусимы? Подобные катастрофы – серьезный риск для развития отрасли?
Любая такая авария – это трагедия и огромный риск для всей отрасли. Чернобыль оказал очень большое влияние на мировую атомную энергетику. Негативные последствия Фукусимы мирный атом тоже ощутил, но в меньшей степени. Эта авария сильно притормозила отрасль в Японии, хотя от атомных станций там не отказались и планируют оставить долю АЭС на уровне 20–22%. В отличие от Германии, где последние АЭС планируют закрыть в 2022 году.
Как бы то ни было, мировая атомная отрасль извлекла уроки и из Чернобыля, и из Фукусимы. Само собой, внесены технологические изменения. Темпы развития отрасли вернулись к тем, что были до Фукусимы, и даже их превышают.
Атомная отрасль очень консервативна в силу требований безопасности и необходимости проведения многих тестов перед внедрением чего-то нового. Поэтому революций тут не бывает, но эволюционные улучшения идут постоянно
Психологические последствия тоже преодолены?
Психологический эффект действительно оказался очень серьезным. В Чернобыле была самая страшная авария. Последствия Фукусимы оказались гораздо мягче, несмотря на то что там пострадали три реактора, а не один, как в Чернобыле. И человеческих жертв было меньше: ни один человек не погиб от радиации во время аварии, а с последствиями ликвидации аварии спустя несколько лет связывают единственную смерть сотрудника АЭС. Притом что от самого цунами погибли более 15 тыс. человек. Но вспоминают чаще всего именно об аварии на АЭС. Часть людей погибли из-за экстренной эвакуации, связанной с аварией на АЭС, но, как оказалось, такие действия были избыточной мерой, которая привела к нескольким сотням жертв среди пожилых людей и пациентов больниц. Это тоже надо учитывать в будущем, нужно оценивать реальные опасности инцидентов на АЭС. В том числе психологические последствия.
Чисто технически атомные станции становятся все более и более безопасными. При этом 100-процентных гарантий никто никогда не даст, нет в мире ничего на 100% безопасного: ни АЭС, ни автомобиля, ни самолета. Но повышать безопасность АЭС можно и нужно. Так что аварии на АЭС, скорее всего, будут. Но их последствия будут меньше, и для существующих атомных станций они вообще не должны выходить за пределы их территории. Возможно, это как-то поможет сохранить нам психику.
В какой мере современная глобальная климатическая повестка, вошедшие во вкус зеленые влияют на развитие атомной энергетики?
Зеленые бывают разными. Мы чаще слышим тех, кто выступает против атома и кричит громче других. Но на самом деле полно зеленых, экологов, организаций, активистов, которые выступают за атомную энергетику. В том числе потому, что она приводит к сокращению выбросов парниковых газов и очень помогает в решении климатической проблемы.
Поэтому радикальная зеленая повестка, с одной стороны, несет какие-то риски для атома. С другой – конструктивное зеленое движение, наоборот, способствует его развитию как чистого вида энергетики, помогающего бороться с выбросами парниковых газов и вредных веществ. В моем понимании, это какое-то ложное противопоставление. Я всегда сильно расстраиваюсь, когда вижу эти споры, предлагающие выбрать что-то одно – солнце-ветер или атом.
Что именно вас расстраивает в этом противопоставлении?
Это неправильная постановка вопроса. Чтобы решить глобальные климатические проблемы, нам нужны все низкоуглеродные решения сразу: и возобновляемая энергетика, и атом, и даже природный газ на какое-то переходное время, как самый чистый вид ископаемого топлива. Уголь гораздо страшнее – от него нужно отказываться в первую очередь, но с учетом социальных последствий. Все же в этой отрасли задействовано много людей и они не должны пострадать. А дальше использовать все решения. Мы видим по докладам всех климатических и научных агентств, что климатическая проблема совершенно не надуманная, и времени на выбор идеального решения у нас нет. Да и идеальных решений нет, у всех технологий есть недостатки.
Германия, например, сделала вполне четкий выбор: отказаться от атома и развивать возобновляемую энергию. Разве не так?
Да, они сделали ставку на ветер и солнце, они большие молодцы в их развитии. У них мощная экономика и они могут себе это позволить, вкладывая огромные деньги. Но от атома они отказываются быстрее, чем от угля. Они еще 20 лет планируют жечь уголь. И поэтому Германия – европейский лидер по выбросам, на них приходится до 1/3 всех выбросов Европы. По расчетам, они останутся крупнейшим загрязнителем Европы и через 10 лет, несмотря на развитие возобновляемой энергетики. Поэтому отказ от атома, а не развитие ветра и солнца, наверное, не самое правильное решение.
Но есть соседняя Франция, которая показывает другой пример. Ставку в сокращении выбросов они делают именно на атом, доля которого у них и так очень большая. И Великобритания: там свежие планы по декарбонизации, переводу экономики на «чистые» технологии, тоже включают сочетание ветроэнергетики и атомной энергетики.
В США точно такая же история. Да, президент Байден говорит о важности зеленого курса. Но при этом они планируют и сохранять парк атомных электростанций, самый большой в мире, и развивать альтернативные источники. На мой взгляд, это совершенно правильно.
Просто обществу это нужно нормально объяснять, чтобы не было какого-то противостояния. Рассказывать о плюсах и минусах данной технологии, тогда она будет только помогать всем нам.
Еще одна надежда человечества на светлое, чистое, неисчерпаемое энергетическое будущее – термояд. Первые тороидальные установки для магнитного удержания плазмы – знаменитые токамаки – были построены еще в середине 1950-х годов. С тех пор нам регулярно сообщают, что вот-вот термоядерная технология встанет на службу человечеству, но дальше эксперимента дело пока не сдвинулось. Почему?
Концепция термоядерной энергии действительно появилась на заре атомной энергетики. Но эта технология оказалась очень сложной, гораздо сложнее, чем обычная ядерная энергетика на делении урана. Там очень много технических проблем, проблем фундаментальной физики, которые еще только предстоит решать. К тому же это очень дорого, а риски (получится – не получится) огромные. Одна страна такое не вытянет. Поэтому человечеству пришлось объединить свои усилия, ресурсы, финансовые возможности ради общей цели.
Я, конечно, говорю о проекте международного экспериментального термоядерного реактора (ИТЭР). Сегодня это самая дорогостоящая экспериментальная установка, создаваемая человеком на Земле. Адронный коллайдер в несколько раз дешевле. Дороже ИТЭР только МКС.
Токамак ИТЭР начали проектировать еще в начале 1980-х, а сроки ввода в строй неоднократно переносились. Что заставляет вас думать, что на этот раз все будет по-другому? Что проект удастся реализовать, как задумано, и он сможет приблизить светлое термоядерное будущее?
Потому что эта установка реально строится. В ближайшие пять лет она должна заработать. Но у нее очень длинный – 15–20 лет – этап освоения и запуска, предполагающий несколько модернизаций и усложнений в работе с плазмой. Я верю, что ИТЭР как минимум приблизит нас к созданию токамака, потенциально способного стать энергоустановкой, которая будет вырабатывать энергии больше, чем потреблять.
То есть?
Сейчас в мире около 300 токамаков. Но все это экспериментальные реакторы, предназначенные для исследований, а не выработки энергии. Токамак ИТЭР тоже экспериментальный. Но за счет масштаба проекта, объединения усилий, на нем – есть такая надежда – получится добиться какого-то положительного энерговыхода. И уже после – скорее всего, речь о второй половине XXI века – на основе данных, полученных на ИТЭР, рядом с ним может быть построена первая термоядерная электростанция. У нее уже есть концепция и название – DEMO. Если это получится сделать, то у человечества появится новая энергетическая технология.
Термояд действительно может стать панацеей от всех энергетических бед человечества, как его иногда представляют?
Думаю, нет. Как у любой технологии, у нее есть и плюсы, и минусы. Плюсы: практически неисчерпаемое топливо, чуть меньше отходов, хотя они тоже будут, в том числе радиоактивные. Термояд будет безопаснее традиционной атомной энергетики, потому что там невозможен такой разгон и взрыв, как в Чернобыле или Фукусиме. Но насколько он станет распространен, сможет ли вытеснить другие источники, это больше зависит не от физики или науки, а от экономики, от эффективности экономических показателей, окупаемости и т. д. Ну и от того, как общество будет воспринимать эту технологию – относиться к ней с подозрением или, наоборот, с надеждой. Как это будет – посмотрим. Надо подождать несколько десятилетий, к сожалению, если не будет каких-то прорывов и открытий, так как стартапов в области термояда тоже довольно много.
Если ИТЭР в итоге так и не «полетит», польза от проекта все-таки будет?
Даже если мы не построим большой токамак, даже приближаясь к его созданию, решая попутно многие побочные задачи, человечество может сильно продвинуться вперед.
И в фундаментальной физике, в понимании поведения плазмы, и в инженерных вопросах. Есть много вещей, которые надо научиться делать руками, а значит, понять, как они работают. Например, физика магнетизма, управление магнитными полями. Эти наработки можно применять, и уже применяют при создании медицинской техники. Томографов, например. Строить поезда на магнитной подушке и т. д.
Далее, ИТЭР – это крупнейший потребитель сверхпроводников в мире. В дальнейшем основанные на них технологии будут применяться где угодно – сейчас мы даже представить себе не можем, где именно.
Плюс сама плазма. Вся сложность термояда с этим и связана: мы пока не умеем управлять плазмой достаточно, чтобы стабильно запустить этот реактор. Уже сейчас с помощью плазмы обрабатывают лопатки турбин для самолетов, например. Но когда мы овладеем этой технологией в полной мере, откроется широчайшее поле ее применения.
Так что, даже если ИТЭР не заработает по прямому назначению, чисто научных достижений там будет сделано очень много. Они принесут человечеству очень большую пользу.
Космос – еще одна отрасль, где человечество не может обойтись без ядерных энергетических технологий. В частности, считается, что в отсутствие мощного, компактного источника атомной энергии человечеству будет сложно, если вообще возможно осваивать дальнее космическое пространство. Что вы думаете на этот счет?
Для освоения дальнего космоса однозначно нужна ядерная энергетика. Но даже в ближайшем космосе – на Луне, Марсе, что не очень-то далеко, такой источник тоже очень важен. И такие технологии есть и уже используются. Например, оба больших марсохода – Curiosity и Perseverance – используют источник атомной энергии, так называемые ядерные батарейки.
Для создания базы на какой-то другой планете тоже понадобится компактный и мощный источник энергии. И я не сомневаюсь, что он будет ядерным.
Мы способны создать такой источник?
Технически создать такой реактор можно. Над этим уже работают разные компании – например по заказу НАСА. Есть проект американский Kilopower по созданию маленького реактора мощностью в десятки киловатт. Нескольких таких машин будет достаточно для обеспечения, например, небольшой лунной базы. Этот реактор уже проходит испытания на Земле. Технически реализовать и запустить его в космос можно за нескольких лет.
В России делают что-то подобное?
В России есть более амбициозный проект «Нуклон», это космический буксир с реактором мегаваттного класса, то есть в сотни и тысячи раз мощнее Kilopower, но он чуть отстает по темпам реализации. Сам реактор, судя по доступной информации, еще не готов, его полноценных испытаний на Земле пока не проводили. Думаю, технически вполне можно создать и реализовать этот проект. На мой взгляд, главная проблема не в технической реализуемости, а в том, что у России пока нет задач в мирной гражданской космонавтике, которые эта установка могла бы решать.
Наша страна в одиночку, к сожалению, пока не может создать какую-то дальнюю космическую станцию. Высадиться, построить большую базу на Луне – пока на это нет ни бюджета, ни четких планов. Когда они появятся, скорее всего, в кооперации с другими странами, тогда, я думаю, инженеры-ядерщики решат поставленную задачу с космическим реактором. В конце концов, в советское время такие задачи уже решали.
В не столь отдаленном прошлом весьма популярной была идея, что сам космос станет источником ресурсов для земных нужд. В том числе ресурсов энергетических. Джордж Буш-младший, например, обещал наладить поставки гелия-3 с Луны. Все это больше не актуально?
Боюсь, что наладить такие поставки было бы слишком дорогим удовольствием. Скорее все доступные в космосе ресурсы будут использоваться там же, на месте. Все-таки все эти перевозки между планетами – это очень затратно. И сейчас, и в будущем, думаю, это будет сильно дороже, чем обустроить производство на Луне или Марсе. Скорее всего, понадобятся мощные источники энергии для таких производств, и, скорее всего, они будут атомными. И тогда те же полезные ресурсы можно будет добывать на самих планетах и использовать их там для производства топлива, кислорода и т. п.
Хорошо, вопроса, нужны ли человечеству ядерные технологии, больше нет. Вопрос в том, какие именно направления ядерных технологий будут развиваться особенно быстро? Какие кажутся вам наиболее заслуживающими внимания?
Если говорить про ядерные технологии вообще, то список таких направлений огромен. Но если говорить именно про атомную энергетику, то одно из таких направлений касается совершенствования действующих объектов, модернизации действующих блоков, которые могут работать до 100 лет. Несмотря на то что основная технология атомных реакторов уже максимально оптимизирована, все равно есть простор для улучшений в безопасности и эффективности. Например, сейчас испытывается так называемое толерантное топливо, которое исключает аварии, подобные Фукусиме.
Еще одно направление, о котором сейчас очень много говорят, – так называемые АЭС малой мощности. Это атомные станции, технически схожие с традиционными, с водо-водяными АЭС, но гораздо более компактные.
В чем их преимущества? Где их можно применять?
Такие станции могут быть полезны небольшим странам или районам, где нет огромных потребностей в энергии, с изолированными или удаленными энергосистемами. У нас в стране для них тоже огромный потенциал.
Например, их можно использовать в Арктике, на Дальнем Востоке, где нет такого населения и мощной промышленности, но люди живут, экономика развивается.
Не так давно у нас на Чукотке заработала первая в мире малая АЭС – плавучая атомная электростанция «Академик Ломоносов». У этой АЭС очень небольшая мощность – 70 МВт против примерно 1 тыс. МВт у обычных станций. Больше там и не нужно, но маленькая АЭС появилась только сейчас. Она пришла на замену старой АЭС и угольной генерации, что попутно решает проблему углеродных выбросов и завоза топлива, которое исчисляется десятками тысяч тонн угля в год.
Мы строим серию еще из четырех аналогичных станций, у которых к тому же большой экспортный потенциал: мы такую построили, и многие ими интересуются.
Кто, например?
Есть островные государства, которым интересны именно плавучие АЭС. И для получения энергии, и для опреснения морской воды. Но вообще малые АЭС планируют развивать и во Франции, и в США, и в Великобритании. Такие малые модульные АЭС могут стать новым лицом атомной энергетики.
Малая мощность – не единственный плюс таких станций. Их проще и дешевле строить. Почти целиком мини-АЭС можно делать на заводе и уже в готовом виде привозить на место эксплуатации. Это снижает и капитальные затраты, и решает проблему с отходами, утилизацией и т. п. Они могут заменить по мощности выбывающие угольные станции, используя готовую инфраструктуру. Плюсов может быть очень много. Я думаю, что через 10 лет мини-АЭС станут заметной частью мировой энергетики.
У таких станций есть еще один большой плюс: в отличие от той же альтернативной энергетики они могут вырабатывать не только электричество, но и тепло.
Да, мини-АЭС можно использовать не только для энергоснабжения, но и для отопления городов. Электричество – самая универсальная и удобная форма энергии. Его доля в совокупном потреблении в мире постоянно растет и будет только увеличиваться. Но пока человечество основную часть энергии тратит на отопление. И здесь пока не придумали ничего лучше, чем сжигать ископаемое топливо. Но как сделать при этом меньше выбросов – вот это задачка посложнее, чем снизить выбросы в электроэнергетике.
Ветряки и солнечные панели дают только электричество. АЭС дает и электричество, и тепло. Та же станция «Академик Ломоносов» на Чукотке отапливает целый заполярный город – Певек. Поэтому атомные станции – и малой мощности, и большой для теплоснабжения городов или для выработки тепла для промышленности – это очень перспективное направление.
К новомодной теме водородной энергетики атом будет иметь какое-то отношение?
Обязательно. Это еще одна интересная тема – появление нового типа высокотемпературных реакторов для производства водорода, который в первую очередь придет на замену углеводородному топливу для транспорта.
С некоторых пор о создании такого реактора заговорили во Франции, в Китае, а теперь и в России. Исторически мы таких реакторов не строили, но, возможно, в связи с зеленой повесткой они в перспективе будут создаваться.
Какое-то время назад было много разговоров о «быстрых» реакторах, которые избавят человечество от проблемы ядерных отходов. Что с этим направлением?
Реакторы на быстрых нейтронах – это тоже направление большой атомной энергетики, параллельное с водо-водяной технологией. Но пока в мире таких реакторов очень мало. Практически есть лишь одна АЭС в мире – Белоярская АЭС на Урале, где действуют два «быстрых» реактора, БН-600 и БН-800. В качестве одного из основных преимуществ они позволяют гораздо эффективнее использовать природное топливо – уран, ресурс которого на нашей планете ограничен. Обычные АЭС используют изотоп U-235 в качестве основного делящегося элемента. «Быстрые» реакторы позволяют «дожигать» то, что осталось в отработанном топливе других, традиционных реакторов. Таким образом и решается проблема с ресурсной базой атомной энергетики, и уменьшается количество отходов. По сути, замыкание топливного цикла на «быстрых» реакторах позволяет сделать атомную энергетику возобновляемой, требующей минимального количества новых материалов и топлива для своей работы.
Постепенный переход на «быстрые» АЭС заложен в стратегиях России и Китая на вторую половину текущего века. Насколько этот переход будет быстрым и масштабным, зависит в том числе от общественного восприятия атомной энергетики как таковой.
Все, что вы рассказали, – вещи, о которых всего полвека назад можно было бы прочитать где-то в фантастике. Вы сами любите этот жанр? Фантасты способны предсказать что-то достоверно в атомной отрасли?
Фантастику сейчас я не столько читаю, сколько смотрю в кино. Особенно то, где есть какие-то ядерные вещи. Но обычно в фантастике что-то связанное с ядерными технологиями касается или вооружений и ядерного апокалипсиса, либо термоядерной энергетики.
Если попытаться заглянуть в будущее из сегодняшнего дня, то уже сейчас многое выглядит настоящей фантастикой – те же малые АЭС, если мы по-настоящему освоим их массовое производство. Если эта фантастика, каковой она выглядит сейчас, станет реальностью в будущем, для энергетики, для человечества это окажется гигантским шагом вперед, сделает доступными те участки нашей планеты, которые до этого были малообитаемыми или жизнь там была гораздо менее комфортной.
Изменение умонастроений, отношения общества к атому в более позитивном ключе, о важности которых вы говорили, – это тоже из области фантастики?
Я бы хотел верить, что наше общество начнет иначе смотреть на атомную энергетику, на науку вообще. Мне кажется большой фантастикой и большим преимуществом, если общество не только в России, но в мире в целом будет больше доверять достижениям науки, меньше их бояться. Казалось бы, на дворе XXI век, но в головах людей полно мифов и антинаучных заблуждений. Люди не верят в вакцины, в том числе от COVID-19, и губительные последствия такого поведения видны сейчас. Мне кажется, антиядерные движения во многом тоже построены на эмоциях и антинаучных мифах, хотя и не все. Поэтому я буду счастлив, если общество будет больше доверять и разбираться и в науке вообще, и в медицине, и в ядерной науке и технике. Человечество неизбежно будет применять ядерные технологии все шире и шире. И чем лучше люди будут их понимать и оценивать реально, а не через эмоции, тем лучше будет для общества.
Если взглянуть на перспективу атомной отрасли на ближайшие 20–30 лет, есть ли что-то, что могло бы вас особенно сильно порадовать или огорчить?
Меня очень порадует, если все те технологии, о которых мы говорили, будут становиться реальностью нашей повседневной жизни. Я очень огорчусь, если произойдут ядерные аварии, этого нельзя допустить. Даже если их последствия не окажутся опасными для людей, они могут отвернуть от атома общественное сознание. Вот это было бы очень обидно и досадно, потому что затормозило бы внедрение всех этих перспективных и очень полезных новшеств. Человечество в этом случае просто очень сильно проиграет.
