Концепция ядерных релятивистских технологий (ЯРТ)

Я сначала представлюсь. Физтех, кафедра Д.А. Франк-Каменецкого по специальности экспериментальная ядерная физика – 62 г., 65 г. – кандидат физ.-мат. наук, 72 – доктор технических наук в области спец. применений физики плазмы, в 86-87 годах руководил работами Минэнергомаша СССР на ЧАЭС. В восьмидесятые годы меня интенсивно звали баллотироваться в Академию Наук (например, В.И. Иевлев, В.И. Субботин, Ю.Н. Руденко, потом мой хороший друг Д.С. Львов), но я всегда с большой неприязнью относился нет не к академии, а к «институту академиков».

Необходимость представления ЯРТ (ядерных релятивистских технологий) в качестве абсолютно безальтернативной энергетической программы сегодня связана с резко обострившейся ситуацией в области энергетического обеспечения человечества. Через несколько дней после публикации статьи «Вторая Фукусима» мне прислали материал, который полностью подтвердил выводы данной статьи (Источник Zero-Hedge). Привожу только начало: «China & Russia sign a mega gas deal. Russia is set to sign a mega gas deal with China, leaving the Europeans out in the Cold» (Китай & Россия подписывают мега газовое соглашение. Россия собирается подписать мега газовое соглашение с Китаем, обрекая европейцев на Холод). Ну, как в воду глядел! 

Данная, причём очень близкая перспектива, даёт мне возможность вообще не анализировать ситуацию с органическими энергоносителями. Всякие там сланцы, газогидраты и тому подобную ересь. Скажу просто о современном дефиците в области энергообеспечения человечества на примере производства электроэнергии. На эту тему я всегда привожу очень простые данные. Для нормальной жизни человеку, т.е. для того, чтобы работало метро, освещались улицы, работал холодильник дома и так далее, требуется в среднем 2 КВт установленной электропроизводящей мощности. Живёт сегодня на Земле 7 млрд. человек. Следовательно, требуется 14 ТВт, а есть только 2. Т.е. дефицит в 6-7 раз. Примерно тоже и в энергетике вообще. Мне некие «умники» уже писали, что африканцу не нужны эти 2 КВт. Этого клоуна сунуть бы в Африку без холодильника, кондиционера и банковской карточки и спросить, как ему это нравиться. Но всё дело в том, что подобные клоуны на самом деле просто очень верят в силу США и в то, что эти США обеспечат себе и блеющим под их дудку клоунам режим их современного существования. Но факты говорят о том, что это время уже закончилась. Главное противоречие современного мира в том, что США потребляют 20 тон у. т. в год на человека, а Китай только одну. А он сейчас уже командир. Поэтому, как было показано в статье «Вторая Фукусима» США начали в угоду Китаю «сливать» своего главного союзника – Европейский Союз.

Точно также я не буду говорить о всяких там холодных термоядах, возобновляемых источниках, «зелёной» энергетике, фекалиях в качестве очень эффективных энергоисточников, торсионных полях, генераторах Тесла, марсианах, которые сегодня тайно передают суперэнергетические технологии очень тайным «начальникам Земли» и тому подобной ереси. Знаете, всё это уже проехали. Времени на бред уже нет. Факты таковы, что теперь надо только по делу. Поэтому остаётся ядерная энергетика. В ядерной энергетике я тоже не буду разбирать бредни неких бездельников - сказочников с горбылями и прочие «микроспермояды». Я скажу только о реально существующих или реально разрабатываемых технологиях.

Что такое ядерная энергетика сегодня? В электрогенерации это примерно 16%. Доля электрогенерации в общем балансе тоже где-то процентов 15. Следовательно, доля атомной генерации в общем балансе не более 3%. Сейчас, как показывает моя практика,  «энтузиасты» начнут на копейки исправлять эти цифры. Пусть будет, как они хотят. Всё равно много не наскребут. Поэтому, когда говорят о «грязи» и терроризме, то про атом, а когда об энергии, то дерутся за нефть и газ. Ядерной энергетики сегодня примерно столько же, как солнышка и ветра. С точки зрения проблем энергообеспечения мира она ничего не решает. МАГАТЭ в семидесятых годах говорило о десятках тысяч реакторов в начале XXI века. Но их нет. Поэтому орём и принципиальничаем только ради мизерной зарплаты, товарищи. О «вечном» не думаем. Итак:

Реакторы на тепловых нейтронах. Разведанных запасов урана по приемлемой цене на Земле 4.7 млн. тонн. Одному реактору мощностью миллион киловатт в год требуется примерно 180 тонн природного урана. Реакторов - 400. Итого – 70000 тонн в год. 4.7 млн. делим на 70000 - получаем 60 лет. Один ресурс для 3% энергопотребления на современном уровне. А при росте, намеченном Китаем, и одного процента не наскребёшь. О чём галдеж, ничем незанятые вы мои. Конечно, сейчас заорут: «Завтра уран будем добывать из воды, там целое море, хоть и по тысячу баксов». Но чем выше цена, тем уже круг потребителей, но в Китае компартия у власти и она для всех, а не только для «золотого миллиарда» дебилов – даже не производителей, а «изобретателей» айфончиков. И Китай не завтра, а уже сегодня. Так что 4.7, один ресурс для 1% и всё. Так что нет атомной энергетики. Глупостями и вредительством, поскольку способствуете распространению ядерного терроризма, вы занимаетесь. Правильно Митт Ромни хотел гноить вас. Когда предполагалась моя открытая дискуссия с ним, я хотел поднять руки в братском рукопожатии и сказать: «Митт, я с тобой!». К сожалению, не состоялась. Остроту проблемы сырья вполне продемонстрировала Фукусима. Посмотрите моё интервью на эту тему в интернете. Допрыгались. Проблемы нехватки урана решаем с помощью ядерных взрывов и несчастья массы людей. Главное же попискивать из своих будочек и строить из себя умненьких.

Бридеры. ТружениКИ дали цифры по коэффициентам воспроизводства топлива; оксиды - меньше единицы, нитриды – 1.2, металлическое топливо – 1.4 (А.Э., т. 112,, вып. 3, март 2012г.). С нитридами «ещё конь не валялся», металл – миф. Поэтому по факту – нет воспроизводства. Вклад современной А.Э. навсегда менее процента. Ну, пусть, как говорят некоторые энтузиасты, будет 1.3 для оксидов. Тогда при «сжигании» в активной зоне реактора 1 кг ²³⁹Pu или U²³⁵ в ²³⁹Pu превращается 1.3 кг. ²³⁸U. За топливную кампанию (время, которое топливо находится в активной зоне реактора), выгорает около 20% загруженного топлива. Это максимальная величина, так как при выгорании топлива происходит изменение физико-химических свойств тепловыделяющих элементов и их деформация. Кроме того, в топливной композиции накапливаются продукты деления ядерного топлива, которые поглощают нейтроны и уменьшают коэффициент воспроизводства. Ядерное топливо из активной зоны реактора-размножителя нужно периодически выгружать, транспортировать на радиохимический завод, очищать от продуктов деления и вновь возвращать в реактор. То же самое нужно проделывать и с загруженным в реактор²³⁸U – периодически возить на радиохимический завод для извлечения из него накопившегося Pu и для очистки от продуктов деления. Предположим, в центральную зону реактора-размножителя загружено 100 кг ²³⁹Pu, а в периферийную зону загружен²³⁸U. После окончания компании в центральной зоне выгорит 20 кг загруженного²³⁹Pu, а в периферийной зоне наработается 20×1.3 = 26 кг нового Pu (в том числе и ²⁴⁰Pu). После выгрузки топливных сборок из реактора и выдержки в бассейне-охладителе топливные сборки доставляются на радиохимический завод. Топливо из центральной части реактора очищаются от продуктов деления. Из периферийных (урановых) топливных сборок извлекается наработанный Pu. Из 26 кг наработанного Pu более 20 кг (с учётом ²⁴⁰Pu) пойдут на восполнение выгоревшего ²³⁹Pu в центральной части реактора, и менее 6 кг Pu можно использовать для загрузки в новый реактор-размножитель. Итак, за компанию (без учета потерь топлива при переработке) накапливается менее 6 кг Pu. Для запуска же нового реактора-размножителя такой же мощности при трехгодичном (теоретически минимальном) топливном цикле требуется 100:6х3=50 лет. На самом деле гораздо больше при учёте ²⁴⁰Pu. Таким образом, запуск второго реактора-размножителя при самых благоприятных условиях (и без учёта влияния ²⁴⁰Pu) возможен только через 50 лет после начала работы первого! При таком темпе наработки нового ²³⁹Pu каждые 50 лет происходит удвоение мощности реакторов-размножителей. Если в 2020 году ввести в эксплуатацию первый реактор мощностью 1 000000 кВт, то суммарная мощность реакторов-размножителей 2 000000 кВт будет достигнута только в 2070 году, а мощность 4 000000 кВт – в 2120 году. Конечно, приведенные расчеты весьма приблизительны, в действительности возможны отклонения от полученных значений, но общая картина понятна – в XXI веке создать крупномасштабную энергетику на реакторах-размножителях не получится. Всё это в полной мере относится и к проекту «Прорыв». Обсуждать технические проблемы этого реакторы абсолютно бессмысленно, поскольку он просто не нужен с точки зрения требуемых темпов воспроизводства топлива. Обычно так называемы «оппоненты» не говорят об этой стороне проблемы, ибо их истинная цель просто увести начальство от сути проблемы и продемонстрировать наличие «квалифицированной и принципиальной» дискуссии. То же относится и к идеи Максимова об использовании реакторов на «тепловых» нейтронах с торием, поскольку даже теоретический коэффициент воспроизводства в этих реакторах около 1.06 и это без учёта каких-либо «технологических» потерь. Плюс ко всему этому проблема «нераспространения». В бридерах на один миллион киловатт будет крутиться примерно 20 тонн плутония, причём на каждой площадке АЭС. Возить – совсем плохо. А бомбу можно сделать из 6 кг., причём по свидетельству МО США в том числе при современных технологиях и из энергетического плутония. Очередной умник мне написал: «У Острецова то плутония в мире нет, то его слишком много». Незабвенный Аркадий Райкин говорил по этому поводу: «Когда один волос на голове, то этого очень мало, а когда один в супе, то это о-очень много». Поэтому в случае распространения бридеров для энергетики плутония не будет, а для террористов – полное раздолье. Но, слава Богу, бридеров не будет. Тоже проехали.

Магнитные ловушки - термояд. Этому вопросу была посвящена моя статья «ИТЭР-продукт шестидесятилетнего блефа». Там тоже был комментарий «умника», посвящённый тому что, слышал ли я когда-нибудь о критерии Лоусона (сейчас посмотрел, его предусмотрительно убрали). Во время учёбы нам говорили, что в термоядерной плазме должно существовать равновесие между частицами и веществом, причём при термоядерных температурах энергия излучения существенно превышает энергию, сосредоточенную в веществе. Сам я термоядом никогда не занимался, но для меня всегда было загадкой, каким образом стенки магнитных ловушек держат излучение, достигающее плотности металлов. Обычно на это отвечали, что излучение в ловушках сосредоточено только в узком спектральном диапазоне, в котором и осуществляется нагрев плазмы. Но это обстоятельство есть привилегия только ускорителей моноэнергетических частиц. Но тогда причём здесь термодинамически равновесная плазма, в которой равновесие между излучением и частицами существует во всём спектральном диапазоне? Ну, примените ещё критерий Лоусона к пучкам адронного коллайдера. Например, в микровзрывах полностью моделируются условия, существующие в бомбах. Там всё понятно. Но это бред по другим причинам. Была «Ангара» (накрылась «медным тазом» или ещё чем-то), протонные пучки, теперь лазер. Развлекаются. Но, поскольку это направление не рассматривается в качестве энергетического спасения человечества, я говорить о нём не буду. Весьма показательно, что отцы – основатели термоядерных ловушек, никогда сами им не занимались. Такая великая идея, а они все разом разбежались от неё. Случайно ли? Всё было поручено молодым «энтузиастам». Я вижу только одну разумную версию всего этого. Ловушки были предложены в 50-м. Тогда физику термояда представляли себе очень приблизительно. Она прояснилась году к 54-му. Говорить, что «отцы» предложили бред, было неудобно, да и не нужно. Все они были уже обвешаны звёздами. Да и обсуждать вопросы физики термоядерного взрыва в те времена было не безопасно. Поэтому всё перевели в проблемы устойчивости плазмы и там «грели» руки. В последнее же время я говорил себе – воруют, ну и пусть воруют, не одни они. Проблему всегда справедливо будировал Даньшов. Для меня это тоже было стимулирующим фактором. При обрушении же Запада постановка вопроса стала просто необходимой. Я написал В.Путину. Плотной, горячей, вырожденной плазмой у нас в стране занимались в двух местах. Бомбовики и в НИИТП, ныне Центр им. М.Келдыша. Там делали так называемый двигатель большой тяги с плазменным ТВЭЛом (схема «В», В.Иевлев). Я попросил направить мой материал в РАН (там много выходцев из НИИТП, включая В. Фортова) и бомбовикам. Бомбовики, естественно, полностью поддержали мою позицию. В.Фортов знает меня давно по совместной работе в НИИТП. Поэтому он просто не мог написать мне глупость. Заключение РАН вы видели: «Энергетического счастья не обещаем, но маленькую конфетку в виде СВЧ-генератора непременно сделаем». Поэтому по факту тружениКИ сегодня озабочены только одним, куда пристроить ИТЭР. Основной вариант это нейтронный источник, например, для наработки плутония. Куда от страха не попрёшь? Мне, конечно, угрожали. Но мне 75 и их угрозы для меня уже не самое страшное. Е.Велихову всё это наряду с физикой ЯРТ я толковал дважды. Один раз сразу после смерти моего друга-чернобыльца и соавтора по ЯРТ Виталия Пащенко (учился в одной группе с Велиховым), перед смертью попросившего Велихова непременно встретиться со мной, второй раз в комиссии президента по модернизации России в Кремле, где меня выдержали только в течении двух заседаний, поскольку я там рассказал то, о чём говорю сейчас, потом без объяснения причин удалили из состава комиссии. Велихов клятвенно обещал мне поставить мой доклад на Общественной Палате, но у него есть очень хороший демпфер для таких случаев. Он просто замыкает на него и там некоторое время идут совершенно бессмысленные разговоры. Потом всё кончается. Далее

ЯРТ. Работы по ядерно-релятивистским технологиям были инициированы мной в 1996 году. Первый эксперимент удалось провести в ОИЯИ (Дубна) на большой свинцовой мишени, после того, как В.И. Субботин познакомил меня с директором лаборатории физики высоких энергий А.М. Балдиным и я рассказал ему примерно то, что написано в этой статье. Идея была также поддержана основным идеологом ADS В.С. Барашенковым и заместителем Балдина Игорем Шелаевым, ставшим моим хорошим другом. Этот эксперимент проводился абсолютно без всякого финансирования. Статья по эксперименту была опубликована мной и В. Пащенко в журнале «Атомная энергия», по-моему, в 99 году. К сожалению Балдин и Шелаев вскоре умерли и контакты с ОИЯИ прекратились. В данном эксперименте удалось зафиксировать деление свинца и превышение энергии, выделившейся в мишени по сравнению с энергией, подведённой с пучком. Появление этого направления вызвало очень большое противодействие со стороны Минатома и РАН. Поэтому второй эксперимент удалось провести только в 2002 году. На него было выделено 500 тыс. руб. Для сравнения аналогичный эксперимент вЦЕРНе на меньшей свинцовой сборке стоил около 170 млн. баксов. В этом эксперименте был зафиксирован спектр нейтронов деления свинца (порог деления свинца около 30 Мэв), поглощение в свинцовой мишени толщиной 40 см. примерно 40% энергии 20-Гэвного пучка протонов и того, что примерно 60 процентов первичного пучка прошло через мишень в виде вторичных частиц ядерного каскада с энергией от 10 до 20 Гэв. В нашем эксперименте основным результатом было доказательство того, что в «жёстком» нейтронном поле ядерного каскада выжигаются долгоживущие изотопы. Под пучком протонов с энергией до 20 Гэв активность сборки была доведена примерно до 10 рентген в час. Через день излучение упало на два порядка, а через неделю на ней был фон. Статья по эксперименту в 2003 году была направлена в «журнал «Атомная энергия», но её публикация была заблокирована главредом Н. Пономарёвым-Степным. Там она и лежит до сих пор. В 2003 году я с группой товарищей оформил базовый патент по ЯРТ. Я его поддерживаю до сих пор. С 2006 по 2009 г.г. часть нашей группы работала по контракту ЦРУ США по исследованию возможности дистанционной инспекции несанкционированной транспортировки ядерных материалов с помощью ускорителей протонов гэвного диапазона. Тендер на этот контракт был выигран у группы, в которую входили тружениКИ во главе с С. Беляевым. Нашу группу возглавлял просто инженер. Соображения, связанные с необходимостью расширения нашей технологии не только на США, но и на нашу и целый ряд других стран, заставили меня отказаться от работы по данному контракту. Стоимость контракта составила 70 млн. баксов. Эксперименты проводились в Дубне. История выполнения данного контракта и наших усилий по сохранению приоритета России достаточно широко представлена в ИНТЕРНЕТе. Широкое распространение технологии ЯРТ «обнуляло» США. Поэтому нам не дали возможность работать не только на себя, но и на другие страны. Большую помощь в тот сложный период нам оказали Л.Ивашов (с которым меня познакомил друг моего детства известный реставратор Савва Ямщиков), В. Илюхин, С. Миронов и мой друг Хусейн Чеченов, бывший в то время председателем комитета Совета Федерации по образованию и науке. С их помощью мы контактировали с 12 управлением МО, где нас очень сильно поддерживали. Сегодня ни Миронов, ни Чеченов на своих должностях не работают, Илюхин мёртв, остался один Ивашов. Далее я дам некоторую информацию по физике ЯРТ.

В диапазоне энергий делительного спектра нейтронов - работают две основные неупругие реакции: реакция деления (n, f), которая отвечает за непрерывную наработку долгоживущих про-дуктов деления; реакция радиационного захвата (n, γ), которая отвечает за непрерывную наработку актинидов, в частности изотопов плутония. В добавление к обычным реакторам на тепловых нейтронах существует схема ADS. Электроядерные системы или Accelerator Driven Systems (ADS это ускоритель с энергией ~ 1 ГэВ плюс нейтронопроизводящая ограниченная, как правило, свинцовая мишень плюс подкритическая активная зона с критичностью kэфф ~ 0,94÷0,98), - основаны на использовании того же «реакторного» нейтронного спектра. Они, по сути, представляют собой гибрид подкритического быстрого реактора и внешнего (электроядерного) источника нейтронов. В делительном нейтронном спектре пороговые минорные актиниды «горят» малоэффективно, что обусловлено их высоким (~ 1 МэВ) порогом деления. Трансмутация же долгоживущих продуктов деления из состава ОЯТ крайне плохо замыкается за счет многошаговых реакций, которые приводят к появлению новых долгоживущих радиоактивных изотопов. На сегодняшний день единственной реальной перспективой кардинального решения проблем современной атомной энергетики представляется использование более жесткого, чем делительный, спектра нейтронов. Коэффициент размножения нейтронов в бесконечной среде из природного урана составляет ~ 0,36. Еще в 1958 году было показано, что только в глубоко подкритичной системе можно перейти к спектру нейтронов, определяемому внешним источником нейтронов, т.е. получить существенно более жесткий, по сравнению с делительным, спектр. Это позволяет задействовать большой набор конкурирующих между собой неупругих процессов. Кроме традиционных реакций (n,f) и (n, γ), дополнительно подключаются многоступенчатые каскадные реакции и пороговые реакции типа (n, xn). Эти процессы обеспечивают, в частности, возможность эффективного «сжигания» пороговых минорных актинидов и радионуклидов. Это, собственно, и есть ЯРТ. В ЯРТ необходимо использовать протоны с энергией значительно большей, чем в ADS, поскольку при малых энергиях протонов значительная доля их энергии теряется на ионизацию вещества мишени. Схема ЯРТ позволит эффективно напрямую «сжигать» для производства энергии базовый материал активной зоны - природный (обедненный) уран, ОЯТ или торий без использования урана-235. Кроме того, схема ЯРТ на сегодня является практически единственной реальной схемой ядерной энергетики, в рамках которой возможно вовлечение запасов тория в решение глобальных энергетических проблем. Я не буду в данной статье приводить подробные материалы по коэффициенту усиления мощности в ЯРТ реакторах. Сошлюсь просто на два эпизода, имевших место в нашей работе. В 2005 году мне позвонил Е.Н. Аврорин и предложил встретиться и обсудить проблемы ЯРТ. Во время встречи он сказал: «Пусть у вас есть пучок протонов с энергией 10 Гэв. В ядерном каскаде из него образуется 100 нейтронов с энергией 100 Мэв» и так далее. Я не буду говорить о всей беседе, поскольку она не имела развития (все мы ранее работали «под буквами» и не хотели продолжения этого) здесь важно только то, что в ядерном каскаде сохраняется энергия частиц. Поэтому в простейшем случае можно считать просто. Ядро урана на 2/3 состоит из нейтронов. Следовательно, из 10 Гэв энергии пучка примерно 6.6 Гэв будет затрачено на образование нейтронов. В ядерном каскаде размножение нейтронов, производящих деление U²³⁸, происходит до примерно 1.5 Мэв. (порог деления U²³⁸). Следовательно, таких нейтронов будет 6600/1.5=4400 штук. Каждый из них произведёт в результате деления (процессы деления в данном диапазоне энергий превалируют) 0.2 Гэв, т.е. выделившаяся энергия составит 4400х0.2=880 Гэв, а затрачено 10 Гэв. Коэффициент усиления, таким образом, составит 88 раз. Это, конечно, очень приблизительный расчет, но не надо забывать, что в тридцать восьмом уране нейтронами с энергией меньше 1 Мэв нарабатывается тридцать девятый плутоний. При этих энергиях реакции прилипания (n, γ) превалируют. При этом, как показывают расчёты, активная зона всё равно остаётся глубоко подкритичной, что важно с точки зрения формирования нужного спектра нейтронов. Поэтому коэффициент усиления в активной зоне может быть достаточно большим. Для создания хороших расчётных программ потребуется организация итеративного процесса с привлечением экспериментальных данных. Хоть методы расчёта и называются монте-карловскими, но ядерные данные в них, естественно, детерминированы. Второй эпизод, о котором я хочу сказать, связан с совещание у Миронова по ЯРТ. От РАН я попросил пригласить Фортова. Перед совещанием Чеченов по моей просьбе отправил запрос в ФИАН о доле энергии первичного протона с энергией в 10 Гэв, идущей на нейтронообразование в металлических мишенях. ФИАН, естественно, ответил, что эта величина находится на уровне 50%. Зная, что Фортов, как правило, конкретно темы никогда не знает, я на совещании задал ему вопрос: «Володя, а какая доля по твоему мнению….» и далее по тексту. Фортов, понимая, что для того, чтобы его позицию по дискредитации ЯРТ была оправданной, должен назвать маленькую величину. Он говорит: «Я думаю, что-то около 3-4%». Я достаю бумагу ФИАНа и передаю Миронову. Миронов буквально взорвался. Официальный представитель РАН, будучи заранее информирован о теме совещания у третьего лица страны, гонит липу. Представляю себе, если бы на его месте был Жириновский, который, кстати, тоже очень нас поддерживал.

Сегодня практически все уже поняли, что ЯРТ абсолютно безальтернативна в течение примерно этого века. Далее – космос и это уже другой разговор. Просто первую часть своей жизни я занимался космосом и знаю все проблемы, что называется «из первых рук». Сегодня ЯРТ фактически начал заниматься ФЭИ. Андрей Говердовский, который работал в нашей группе по американскому контракту и был совершенно неожиданно назначен ген. директором ФЭИ, заявил о начале работ по глубоко подкритичным реакторам. Дубна после американского контракта перешла на эксперименты по энергетике ЯРТ. Эти работы там идут уже 5 лет в составе огромной кооперации, но за жалкие деньги. Да и тружениКИ суетятся. Грустно лишь то, что нет официальной государственной программы. ЯРТ очень сложная технология. Здесь нужны усилия масштаба крупнейших советских программ. За копейки ничего серьёзного не сделаешь. Но зато при реализации схемы ЯРТ в промышленном масштабе - ядерная энергетика станет доступной всем, без исключения, странам, сняв проблему нераспространения на детерминистском уровне.

На одном из совещаний, на котором присутствовали и тружениКИ, один из них спросил меня, доказана ли теорема существования ЯРТ, на что я ему ответил: «Доказана теорема несуществования всех остальных и не только ядерных энергетических технологий, и этого более чем достаточно для начала работ по ЯРТ».