Ядерная энергия — страшная и одновременно с этим прекрасная сила. При радиоактивном распаде и ядерных реакциях, протекающих в атомах, выделяется колоссальное количество энергии, которую люди пытаются использовать. Пытаются, потому что с развитием ядерной энергетики не только было сопряжено много жертв, но и катастроф (например, Чернобыльская АЭС).
Тем не менее атомные электростанции по всему миру функционируют и производят порядка 15 процентов от мировой электроэнергии. Ядерные реакторы имеются в 31 стране мира. Также ядерными реакторами оснащаются корабли и подводные лодки. В любом случае отношение к ядерной энергии и вообще всему, что связано с ядерным распадом (в отличие от синтеза), ухудшается каждый год. Наступит день, когда энергия атома будет исключительно мирной.
В начале 2030-х Луна перестанет быть просто красивым объектом в небе — там появится настоящий ядерный реактор. NASA решило не ждать десятилетиями и ускоряет проект, который обеспечит будущие лунные базы постоянным источником энергии. Речь идет о компактной установке мощностью около 100 киловатт, способной работать в условиях, где солнечные панели бесполезны две недели подряд из-за лунной ночи.
Недавно в соцсетях и СМИ появились сенсационные сообщения: некий ученый предложил подорвать мощную термоядерную бомбу в толще морского дна для борьбы с изменением климата. В исследовании, текст которого представлен на сервере препринтов Корнеллского университета (это значит, что научная работа не прошла рецензирование), предложено загнать в земную кору заряд мощнее любого ядерного устройства, когда-либо созданного человеком, чтобы «раскрошить» горные породы, увеличить их площадь соприкосновения с водой, и за счет химических реакций ускорить связывание диоксида углерода (CO₂). Все это должно помочь избавиться от избытка вредных углеродных выбросов в атмосфере. Но так ли это на самом деле? Давайте разбираться!
В мае 2020 года Россия официально ввела в эксплуатацию первую в мире плавучую атомную станцию (ПАТЭС) — «Академик Ломоносов». Этот уникальный проект стал важной вехой в развитии атомной энергетики. За более чем пять лет работы станция уже произвела 1 миллиард киловатт-часов энергии в условиях сурового арктического климата. Она обеспечивая электро- и теплогенерацию в одном из самых отдаленных регионов страны — на Чукотке.
В некоторых местах Японии можно встретить возведенные столетия назад гигантские каменные плиты, которые предупреждают современных людей об опасности цунами. Они устанавливались древними японцами в местах, где когда-либо происходили разрушения из-за огромных волн, вызванных землетрясениями. Увидев эти камни, потомки древних жителей Японии понимали, что в этих местах лучше не строить дома. Самая новая из этих предупредительных табличек была установлена относительно недавно, в 1933 году. На так называемых «каменных плитах о цунами» люди писали разную информацию, начиная от количества жертв цунами и заканчивая простыми предупреждениями о необходимости строить сооружения выше этих мест. Смотря на эти предупреждения от людей прошлого возникает очевидный вопрос: как мы можем обезопасить людей будущего от, скажем, мест утилизации ядерных отходов?
Китайская компания Betavolt пытается совершить революцию в сфере электроники — она разработала ядерный аккумулятор, который можно использовать в смартфонах и другой портативной электронике. Разработчики уверяют, что заряда такой батареи будет хватать на 50 лет работы без подзарядки и какого-либо обслуживания. Она имеет компактный размер меньше монеты, поэтому оснащенные ею устройства смогут удивить маленькими размерами и минимальной толщиной. Если представители этой компании говорят правду, не преувеличивают, и ядерная батарея действительно будет производиться серийно, окружающие нас устройства приобретут новый вид и станут еще более удобными. Правда, людей часто пугают слова «ядерный» и «атомный» — оправдан ли страх того, что такая батарея будет вредить здоровью людей и природе?
Спустя более полувека НАСА собирается во второй раз запустить в космос ядерный реактор. Обычно слово “ядерный” ассоциируется в первую очередь с оружием, но в данном случае миссия имеет абсолютно мирные цели. Задача ядерного реактора заключается в обеспечении космического оборудования дополнительной энергией. Дело в том, что солнечные панели не всегда могут справиться с поставленной перед ними задачей, например, в условиях, когда солнечный свет недоступен. Кроме того, их эффективность не очень высокая. Поэтому ядерный реактор является более перспективным источником энергии. По словам ученых, он может быть использован для пилотируемых миссий на Марс и даже за его пределы, где доступ к солнечной энергии будет ограничен.
Менее 80 лет назад в мире не существовало оружия, способного уничтожить всю жизнь на Земле. Создание атомной бомбы повлекло за собой чудовищные последствия, однако общество до сих пор не осознает всю опасность его существования и применения. При этом мы редко задумываемся и о самих создателях оружия Судного дня – что сподвигло эти без преувеличения великие умы создать нечто подобное и как они чувствовали себя осознав, что именно произвели на свет? Американский писатель-фантаст Курт Воннегут одним из первых обратил внимание на этот «гений разума» в знаменитом романе «Колыбель для кошки», пытаясь ответить на вопрос о том, почему ученый Феликс Хонникер использовал силу своего интеллекта для создания страшного оружия, способного уничтожить не только своего создателя, но и все живое? Теперь же ответ на этот вопрос ищет голливудский режиссер Кристофер Нолан в нашумевшем «Оппенгеймере» – фильме об одном из величайший людей в истории человечества.
Шанхайский институт прикладной физики в Китае получил первую в стране лицензию на эксплуатацию жидкосолевого ториевого реактора, который был построен в еще в 2021 году в городе Увэй. Он отличается от обычных реакторов теплоносителем, а также ядерным топливом — вместо урана в нем используется жидкое топливо на основе тория. Надо сказать, что подобного типа реакторы уже существуют в мире, но они имеют некоторые недостатки. При строительстве китайского реактора все предыдущие ошибки были учтены. Теперь, если тестирование пройдет успешно, ядерная энергетика вскоре может стать еще более доступной, эффективной и безопасной.
17 января 1966 года над городом Паломарес столкнулись два американских бомбардировщика с ядерным оружием на борту. Катастрофа привела к гибели семерых человек и падению на юго-восточное побережье Испании четырех водородных бомб. И хотя взрыва не произошло, у двух бомб сработали детонаторы, что привело к заражению почвы радиоактивным плутонием-239. Для ликвидации аварии в провинцию Альмерия прибыли сотни солдат США, однако операцию Broken Arrow («Сломанная стрела») едва ли можно назвать успешной – спустя 57 лет земля в Паломаресе по-прежнему радиоактивна, а Испания вновь обращается к США с просьбой вывезти из страны десятки тысяч кубометров загрязненной почвы (в общей сложности речь идет о 50 000 кубометрах зараженной земли). О том, что уровень радиации в регионе по-прежнему высокий, стало известно в 2007 году. Тогда же правительство Испании ограничило доступ к пострадавшей территории, запретив использование земли для сельскохозяйственной деятельности и развития. Но как получилось, что ликвидация ядерной катастрофы длится более полувека? Давайте разбираться!
Ранее мы рассказывали, что новым шагом в развитии ядерной энергетики являются малые модульные реакторы мощностью до 300 МВт. Они гораздо более безопасные, чем классические АЭС, и при этом более экологичные. Поэтому их рассматривают даже в качестве альтернативы возобновляемым источникам энергии. По мнению ряда экспертов, использование малых реакторов поможет снизить выбросы парниковых газов. Нельзя сказать, что они уже получили широкое распространение, однако их популярность во всем мире растет с каждым годом. Но особенно сильно ситуация может измениться после появления реакторов еще меньшей мощности. На днях комиссия по ядерному регулированию (NRC) в США сертифицировала новый проект усовершенствованного модульного реактора от компании NuScale Power, мощностью которого составляет всего 50 мегаватт. Его уже назвали шагом вперед к будущему экологически чистой и доступной энергии.
Несмотря на всю эффективность ядерной энергетики, в какой-то момент западные страны начали от нее отказываться из экологических соображений. В качестве альтернативы ей рассматривалась “зеленая энергетика”. Однако с наступлением энергетического кризиса мирный атом вновь стал актуальным. Но классические атомные станции имеют ряд недостатков. Прежде всего, они очень дорогие, а их строительство — это очень сложный и длительный процесс. Кроме того, не стоит забывать о других недостатках, из-за которых в мире стали от них отказываться — это опасность техногенной катастрофы, наличие ядерных отходов, выбросы тепловой энергии в водоемы и т.д. Очевидно, ядерная энергетика нуждается в новых технологиях, которые лишены этих недостатков. И такие технологии уже существуют — это малые модульные ядерные реакторы. Далее подробно рассмотрим что это такое и в чем заключаются их преимущества.
Полностью защититься от радиации невозможно, так как она является частью нашей жизни. Космическое излучение, радионуклиды, которые присутствуют в различных материалах и даже в воде, а также ряд веществ в недрах нашей планеты создают естественный радиационный фон. Также определенное излучение имеет сжигаемое топливо, мусорные свалки и т.д. Однако радиация от этих всех источников обычно находится в пределах 0,2 мкЗв/час, или 20 мкР/час, и считается безопасной для человека. Но никто из нас не застрахован от радиационной катастрофы, при которой уровень радиации может превышать норму в десятки, сотни или даже тысячи раз. Как правило, в такой ситуации население эвакуируют, однако не всегда эвакуация происходит своевременно. Поэтому важно знать, как защитить свою квартиру или дом от радиации, чтобы избежать чрезмерного заражения сразу после катастрофы, то есть в самый опасный период.
Атомные электростанции (АЭС) вырабатывают электрическую и тепловую энергию, являясь неотъемлемой частью повседневной жизни. Местом рождения первой в мире АЭС стал СССР: строительство началось в 1954 году, а спустя 68 лет в мире насчитывается 437 ядерных реакторов, расположенных в 32 странах. Эти больше котлы бывают разных размеров и форм и могут работать на различных видах топлива, расщепляя атомы для нагрева воды и ее преобразования в пар, давление которого приводит в действие генераторы. Атомные электростанции считаются относительно безопасными для окружающей среды, так как не способствуют выбросам СО2 в атмосферу. Однако в 1986 году мир потрясла авария на Чернобыльской АЭС, а в 2011 году катастрофа настигла японскую станцию «Фукусима-1», тем самым доказав, что называть АЭС безопасными нельзя. Но стоит ли ждать чего-то подобного в будущем? Давайте разбираться!
Разновидность энергии, которая высвобождается из центральной части атомов – ядер, состоящих из нейтронов и протонов, называется ядерной. Ее источником являются два физических процесса: деление – то есть распад атома на несколько частей и синтез –слияние атомов. Эти процессы используются для производства электроэнергии, без которой представить современную цивилизацию невозможно, ведь она необходима для создания электричества. Примечательно, что современные атомные электростанции производят возобновляемую, чистую энергию, которая не загрязняет воздух и не выделяет парниковых газов. Но как и во всех отраслях промышленности и производства, использование ядерной энергии приводит к образованию чрезвычайно токсичных материалов, контакт с которыми может привести к ожогам, повышенному риску развития рака, заболеваниям крови и разрушению костей.
Чтобы обеспечить людей необходимым для комфортной жизни электричеством, во всем мире работают тысячи электростанций. Они бывают разные: одни вырабатывают энергию за счет воды, другие преобразовывают в электрический ток энергию солнца, ветра и так далее. Но самыми эффективными считаются атомные электростанции, которые не вредят природе выбросами парниковых газов. Но есть один минус — в каждой атомной электростанции хранится огромное количество отработавшего ядерного топлива, которое должно быть максимально изолировано от окружающей среды. Чтобы радиоактивные вещества не навредили природе, людям и животным, используются охладители, вентиляция и другая сложная техника, которая тоже нуждается в некотором количестве энергии. В случае обесточивания атомной электростанции может возникнуть множество проблем. Так, по крайней мере, говорят некоторые эксперты.
Существует множество сценариев нашего общего будущего. К сожалению, сегодня мы должны рассмотреть самые худшие варианты развития событий, включая начало ядерной войны. Изобретение атомной бомбы в прошлом столетии навсегда изменило жизнь тех ученых, которые были причастны к ее созданию – и в России и в США. Осознавая чудовищные последствия своего открытия, ученые единым фронтом выступили за ядерное разоружение. Впоследствии участники «Манхэттенского проекта» создали те самые Часы судного дня – метафорические часы, полночь на которых означает ядерную катастрофу. Сегодня стрелка часов замерла на отметке без ста секунд полночь, подчеркивая то, как хрупок мир и как легко мы можем его потерять. Мирное небо над головой, кажется, больше таким не является. Прямо сейчас идут разговоры о применении ядерного оружия. И раз ситуация выглядит, мягко скажем, не очень, давайте вспомним о том, что делать, если это смертоносное оружие будет применено.
Относительно обоих источников энергии ведутся споры. В двухтысячных годах экоактивисты начали борьбу с атомной энергетикой в ЕС, так как она несет серьезную потенциальную опасность для экологии и людей. В результате многие страны начали от нее отказываться в пользу возобновляемых источников энергии. Однако позже выяснилось, что возобновляемая энергия обладает своими минусами, причем достаточно серьезными. Ее себестоимость оказалось гораздо выше энергии, вырабатываемой традиционными способами. Кроме того, объемов энергии, вырабатываемой возобновляемыми источниками, в настоящее время недостаточно, чтобы покрыть потребности в электричестве европейских стран. В результате они оказались на грани энергетического кризиса. Ситуация дошла до того, что десять стран ЕС призвали Европейскую комиссию признать атомную энергетики экологически чистой, то есть присвоить ей “зеленый знак”. Отсюда возникает вопрос, какой все-таки источник энергии лучше и почему?
По оценкам аэрокосмического агентства NASA, для достижения поверхности Марса людям необходимо преодолеть 55 миллионов километров. При использовании существующих сегодня ракет это может занять 7-8 месяцев — за это время с кораблем и самим экипажем может произойти много неприятностей. Плохих сценариев предостаточно, начиная с банальной поломки ракеты и заканчивая конфликтом среди астронавтов. Именно поэтому в 2010 году глава компании Ad Astra Франклин Чанг-Диас (Franklin Chang-Diaz) объявил, что обычные ракеты не смогут доставить людей на Марс. В качестве более мощной альтернативы его компания создает ядерную ракету Vasimr VX-200SS, которая способна доставить астронавтов на Красную планету всего за один месяц. Недавно она успешно прошла 88-часовые испытания и тем самым установила новый мировой рекорд выносливости ядерных ракетных двигателей. Что же еще известно о будущей ракете и как она работает?
Ученые, занимающиеся поиском квазикристаллов — так называемых «невозможных» материалов с необычной, неповторяющейся структурой – обнаружили один из них в остатках первого в мире испытания ядерной бомбы. Ранее неизвестная структура, состоящая из железа, кремния, меди и кальция, вероятно, образовалась в результате слияния испаренного песка пустыни и медных кабелей. Аналогичные материалы были синтезированы в лаборатории и идентифицированы в метеоритах, но материал, описанный в новом исследовании, является первым примером квазикристалла с такой комбинацией элементов. Квазикристаллы содержат строительные блоки, состоящие из расположения атомов, которые — в отличие от обычных кристаллов — не повторяются в регулярном, похожем на кирпичную кладку узоре. В то время как обычные кристаллические структуры выглядят идентичными после перемещения (смещения в определенных направлениях), квазикристаллы имеют симметрию, которая когда-то считалась невозможной: например, некоторые имеют пятиугольную симметрию и поэтому выглядят одинаково, если их повернуть на одну пятую полного поворота.
В научно-фантастических фильмах ядерные реакторы и ядерные материалы всегда светятся синим светом. Например, в первом фильме про «Железного человека», герой Тони Старка в исполнении Роберта-Дауни младшего собирает небольшой ядерный реактор, питающий костюм. Интересно, что характерное голубое свечение, исходящее от реактора (будь тот настоящий) – реально существующее явление под названием эффект Вавилова-Черенкова. Именно из-за него вода, окружающая ядерные реакторы, действительно светится ярко-синим. Впервые это свечение заметили физик Сергей Вавилов и его аспирант Павел Черенков в лаборатории Физико-математического института в 1933 году, когда увидели, что бутылка с водой, подвергшаяся воздействию радиации, засветилась синим светом. В 1958 году за это открытие Черенков получил Нобелевскую премию по физике, разделив ее с Ильей Франком и Игорем Таммом, которые экспериментально подтвердили существование эффекта. Хотя объяснить излучение Вавилова-Черенкова удалось только после публикации Альбертом Эйнштейном специальной теории относительности, его существование было предсказано английским эрудитом Оливером Хевисайдом еще в 1888 году.