Энергетика будущего

1. Атом­ные элек­тро­стан­ции, ра­бо­та­ю­щие на цеп­ной ре­ак­ции де­ле­ния, уже сей­час вы­ра­ба­ты­ва­ют энер­гию, сто­и­мость ко­то­рой срав­ни­ма со сто­и­мо­стью энер­гии теп­ло­вых элек­тро­стан­ций, а ино­гда и ни­же. Быст­рый тех­ни­че­ский про­гресс в об­ла­сти стро­и­тель­ства АЭС поз­во­ля­ет пред­ска­зать, что в бли­жай­шее вре­мя атом­ная элек­тро­энер­гия ста­нет де­шев­ле теп­ло­вой. И ес­ли в Ан­глии АЭС стро­ят­ся по­ка в рай­о­нах, уда­лен­ных от дру­гих ис­точ­ни­ков элек­тро­энер­гии, то в США уже стро­ят АЭС да­же в не­по­сред­ствен­ной бли­зо­сти от уголь­ных шахт. В ве­ду­щих стра­нах ми­ра атом­ная энер­ге­ти­ка уже по­став­ля­ет за­мет­ную (хо­тя и да­ле­ко не ос­нов­ную) часть вы­ра­ба­ты­ва­е­мой элек­тро­энер­гии. Так, в стра­нах Ев­ро­пей­ско­го эко­но­ми­че­ско­го со­об­ще­ства мощ­ность АЭС за 1975 г. со­ста­ви­ла 18×10⁹ Вт = 18 ГВт, а в США согласно прогнозам мощность АЭС к 1985 г. составит 300 ГВт.

К кон­цу на­ше­го сто­ле­тия на АЭС бу­дет вы­ра­ба­ты­вать­ся около 45% всей электро­энергии.

2. Ми­ро­вое по­треб­ле­ние элек­тро­энер­гии сей­час со­став­ля­ет не­сколь­ко мил­ли­ар­дов ки­ло­ватт и быст­ро воз­рас­та­ет — при­мер­но в два ра­за за каж­дые де­сять лет. Это есте­ствен­но по­рож­да­ет во­прос о воз­мож­ных ис­точ­ни­ках энер­гии. Уже пе­ред пер­вой ми­ро­вой вой­ной де­ла­лись про­гно­зы, что су­ще­ству­ю­щих за­па­сов неф­ти и уг­ля хва­тит лишь на 50-80 лет, по­сле че­го на­сту­пит «энер­ге­ти­че­ский го­лод». Дей­стви­тель­ность не оправ­да­ла этих про­гно­зов. Нед­ра Зем­ли ока­за­лись го­раз­до бо­га­че, чем ду­ма­ли гео­ло­ги. Так, до на­сто­я­ще­го вре­ме­ни, не­смот­ря на все уве­ли­чи­ва­ю­ще­е­ся по­треб­ле­ние неф­ти, ее раз­ве­дан­ные за­па­сы про­дол­жа­ют рас­ти бла­го­да­ря рас­ши­ре­нию и со­вер­шен­ство­ва­нию гео­ло­ги­че­ской раз­вед­ки. И все же на ис­то­ри­че­ски дли­тель­ный срок ни уг­ля, ни неф­ти че­ло­ве­ку не хва­тит. Энер­ге­ти­че­ские за­па­сы ядер­но­го го­рю­че­го — ура­на ₉₂U²³⁵ — в ру­дах при­мер­но на 2 по­ряд­ка пре­вы­шают энер­ге­ти­чес­кие за­па­сы хи­ми­чес­ких топ­лив. Поэтому пе­ре­ход к ядер­ной энер­ге­ти­ке ре­ша­ет про­бле­му про­из­вод­ства до­ста­точ­ных ко­ли­честв энер­гии как ми­ни­мум на нес­коль­ко сто­ле­тий да­же с уче­том рос­та по­треб­ле­ния энер­гии

3. С созданием энергетических реакторов-размножителей запасы энергии в земной коре стали практически неограниченными, поскольку топливом стал не только уран ₉₂U²³⁵, но и значительно более распространенный уран ₉₂U²³⁸, а в перспективе и торий ₉₀Th²³².

Колоссальность запасов тория и урана обусловлена тем, что они содержатся не только в специальных рудах, но и в таких повсеместно распространенных материалах, как гранит. В каждой тонне гранита в среднем содержится 3 г урана и 12 г тория. Даже при потреблении энергии 5×10⁸ МВт (на два порядка выше, чем сейчас) энер­ге­ти­че­ских за­па­сов ура­на и то­рия в гра­ни­те хва­тит более чем на 10⁹ лет. Та­ким об­ра­зом, со­зда­ние ре­ак­то­ров-раз­мно­жи­те­лей яв­ля­ет­ся не про­сто оче­ред­ным тех­ни­че­ским до­сти­же­ни­ем, но и ре­ше­ни­ем про­бле­мы снаб­же­ния че­ло­ве­че­ства энер­ги­ей на мно­го гео­ло­ги­че­ских эпох впе­ред. Пер­спек­тив­ная сто­и­мость пе­ре­ра­бот­ки од­ной тон­ны гра­ни­та оце­ни­ва­ет­ся при­мер­но в два руб­ля. Для верх­ней гра­ни­цы сто­и­мость 1 кВт×ч энергии получается 0,2 коп. — циф­ра, срав­ни­мая со сто­и­мо­стью элек­тро­энер­гии на су­ще­ству­ю­щих уголь­ных элек­тро­стан­ци­ях.

4. В пер­спек­ти­ве, ко­гда удаст­ся пре­одо­леть все труд­но­сти, сто­я­щие на пу­ти со­зда­ния энер­ге­ти­че­ских тер­мо­ядер­ных уста­но­вок и вос­про­из­вод­ства три­тия, че­ло­ве­че­ство по­лу­чит еще один прак­ти­че­ски не­ис­чер­па­е­мый ис­точ­ник энер­гии, по­сколь­ку за­па­сы ли­тия и дей­те­рия в. зем­ной ко­ре очень ве­ли­ки. Пол­но­му ко­ли­че­ству дей­те­рия в оке­ан­ской во­де со­от­вет­ству­ет энер­ге­ти­че­ский за­пас 10¹⁷ МВт×лет. Та­ким об­ра­зом, энер­ге­ти­че­ские за­па­сы дей­те­рия в оке­а­не име­ют тот же по­ря­док, что и энер­ге­ти­че­ские за­па­сы то­рия и ура­на в ска­лах. До­бы­ча дей­те­рия из мор­ской во­ды от­но­си­тель­но про­ста и в пе­ре­во­де на энер­ге­ти­че­ский эк­ви­ва­лент край­не де­ше­ва (около 10^-3 коп. за кВт×ч). За­па­сов ли­тия до­ста­точ­но для удо­вле­тво­ре­ния со­вре­мен­ных энер­ге­ти­че­ских по­треб­но­стей че­ло­ве­че­ства в те­че­ние со­тен ты­сяч лет. Ес­ли не удаст­ся осво­ить ре­ак­цию d + d, то за­па­сы тер­мо­ядер­но­го го­рю­че­го бу­дут огра­ни­чи­вать­ся за­па­са­ми ли­тия. Срав­ним от­но­си­тель­ные до­сто­ин­ства атом­ных и тер­мо­ядер­ных элек­тро­стан­ций в пред­по­ло­же­нии, что по­след­ние так­же со­зда­ны и функ­ци­о­ни­ру­ют.

Для под­дер­жа­ния ра­бо­ты ядер­но­го ре­ак­то­ра не­об­хо­ди­ма зна­чи­тель­ная до­ля воз­ни­ка­ю­щих в ре­ак­ции де­ле­ния ней­тро­нов, а вы­де­ля­ю­ща­я­ся энер­гия не нуж­на.

Для под­дер­жа­ния ра­бо­ты тер­мо­ядер­но­го ре­ак­то­ра, на­обо­рот, не­об­хо­ди­ма зна­чи­тель­ная до­ля вы­де­ля­ю­щей­ся в ре­ак­ции энер­гии, а воз­ни­ка­ю­щие ней­тро­ны не нуж­ны.

Ре­зю­ми­руя, мож­но ска­зать, что ядер­ным ре­ак­то­рам свой­ствен де­фи­цит ней­тро­нов и из­бы­ток энер­го­вы­де­ле­ния, а тер­мо­ядер­ным, на­обо­рот, де­фи­цит энер­го­вы­де­ле­ния и из­бы­ток ней­тро­нов. Та­кая «до­пол­ни­тель­ность» силь­ных и сла­бых сто­рон ядер­ных и тер­мо­ядер­ных ре­ак­то­ров есте­ствен­но при­во­дит к идее о ком­би­ни­ро­ван­ных ядер­но-тер­мо­ядер­ных си­сте­мах. На­при­мер, есть пред­ло­же­ние тер­мо­ядер­ный ре­ак­тор окру­жить обо­лоч­кой из де­ля­ще­го­ся ма­те­ри­а­ла (т. е. ядер­ным ре­ак­то­ром). В та­ком устрой­стве внеш­ний ядер­ный ре­ак­тор смо­жет ра­бо­тать на бед­ной сме­си в под­кри­ти­че­ском ре­жи­ме с внеш­ней «под­кач­кой» ней­тро­на­ми тер­мо­ядер­но­го ре­ак­то­ра, а тер­мо­ядер­ный ре­ак­тор смо­жет ра­бо­тать при зна­че­нии па­ра­мет­ра удер­жа­ния на 1-2 по­ряд­ка ни­же да­ва­е­мо­го кри­те­ри­ем Ло­усо­на.

Такое гибридное решение наиболее удобно для d + d реакции.

Для установок, работающих на d + t реакции, выделяющиеся в ней нейтроны нужны прежде всего для воспроизводства трития.

5. Се­рьез­ным не­до­стат­ком ядер­ных энер­ге­ти­че­ских уста­но­вок круп­но­го мас­шта­ба яв­ля­ет­ся об­ра­зо­ва­ние боль­шо­го ко­ли­че­ства ра­дио­ак­тив­ных от­хо­дов, на­деж­ное за­хо­ро­не­ние ко­то­рых яв­ля­ет­ся слож­ной эко­ло­ги­че­ской про­бле­мой. Ра­дио­ак­тив­ные от­хо­ды от тер­мо­ядер­ных ре­ак­то­ров (при срав­ни­мой по­лез­ной мощ­но­сти) по оцен­кам спе­ци­а­ли­стов мо­гут быть при­мер­но на три по­ряд­ка ни­же. Это раз­ли­чие со­трет­ся при пе­ре­хо­де к ком­би­ни­ро­ван­ным ядер­но­-тер­мо­ядер­ным си­сте­мам.

© Ю. М. Широков, Н. П. Юдин, Ядерная физика. Москва, «Наука», 1980. стр. 596-598.

Физик-зануда о глубине резкости

В последнее время на разных фотографических форумах и в книжках, обучающих технике фотографии, обострились споры о влиянии фокусного расстояния объектива на глубину резко изображаемого пространства (ГРИП). Одни авторы утверждают, что фокусное расстояние объектива не влияет на ГРИП, другие — что влияет, но только в том случае, если съёмка производится с одной и той же диафрагмой, третьи уточняют, что на самом деле не влияет, но только при условии сохранения масштаба изображения и диаметра объектива…

Но всякий умный и наблюдательный петербуржец фотограф не согласится ни с теми, ни с другими, ни с третьими.

На самом деле ( Read more... )

Света много не бывает