ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ
Статья написана в январе 1955 г. См.: Исторический архив. 1994. № 6. С. 116-128.
Публикации С.С. Илизарова.
В 1791 г. Гальвани открыл электрический ток, наблюдая, как под его влиянием сокращаются мышцы лягушачьей лапки. С тех пор прошло более 150 лет. За это время мощность, которую возможно переносить электрическим током, все возрастает. В прошлом веке электрическим током пользовались, в основном, для передачи сигналов связи, в нашем веке им передают на сотни километров энергию вод наиболее мощных рек и водопадов.
Когда супруги Кюри полвека назад впервые выделили крупинку радия, то эта крупинка давала не больше ядерной энергии, чем электрический ток, заставлявший дрыгать лягушачьи лапки в опыте Гальвани. Ядерная энергия сегодняшнего дня, которая выделяется при взрыве водородной бомбы, может уничтожить большой город и все кругом него в радиусе десятков километров. Шаг не меньший, чем от опытов Гальвани до электростанций на волжской плотине. Бросается в глаза и большая разница. Без электричества мы не можем культурно существовать. Представим себе, что волшебным жезлом мы остановим течение электричества по проводам; тогда жизнь любого большого города замрет. Но то, что сегодня человечество познало ядерную энергию и создало атомную и водородную бомбы, не только не помогает людям жить, но сулит им гибель.
Неужели впервые в истории человечества открытие новых сил природы послужило ему во вред?
Необходимо поставить вопрос: что сейчас мешает ядерной энергии встать на путь службы мирной, культурной жизни человечества? Естественно, что в первую очередь ответ на этот вопрос должен дать ученый. Ведь как-никак, это ученые выпустили на свободу это дикое животное и ученые же должны помочь его приручить и заставить работать на благо человечества.
Нетрудно видеть, в чем корень зла. С одной стороны, применение ядерной энергии для разрушительных целей, т.е. атомная бомба, открыло совсем новые возможности в технике войны. С другой стороны, применение ядерной энергии для мирных целей, как, например, генерирование электроэнергии, пока еще не может конкурировать с обычными тепловыми электростанциями. Но всегда ли это будет так? Я думаю, что большинство ученых так же, как и я, считают, что это положение ненормально и, несомненно, со временем оно должно в корне измениться. Чтобы это изменение произошло скорее, необходимо, чтобы более широкие массы людей поняли истинную сущность создавшегося сейчас ненормального положения. Это поможет направить применение ядерной энергии по правильному пути.
В этой статье я хочу остановиться на вопросе, как открытие и познание ядерной энергии влияет на нашу культуру и ответить на вопрос, станет ли со временем ядерная энергия так же неотъемлема от жизни человечества, как сейчас стало электричество.
Возможность перехода вещества в энергию, которая лежит в основе ядерных процессов, стала понятна ученым с конца прошлого столетия, но основной количественный закон, связывающий энергию и массу, был сформулирован Эйнштейном ровно 50 лет тому назад, когда им была создана "теория относительности"; тогда еще всех поразил тот факт, что переход вещества в энергию, если его удастся осуществить в больших масштабах, даст в руки людям двигатель колоссальной мощности.
Длинным и сложным путем наука пришла к возможности осуществления на практике превращения вещества в энергию. После ряда фундаментальных открытий, сделанных в различных странах, стало ясно, что имеется реальная возможность на практике реализовать большую ядерную энергию путем создания цепной ядерной реакции. Первым указал на реальность этой возможности наш советский ученый, академик Н.Н. Семенов. Первые опубликованные количественные расчеты в этом направлении были сделаны его сотрудниками Я.Б. Зельдовичем и Ю.Б. Харитоном.
Путь, по которому нужно идти, чтобы осуществить цепную ядерную реакцию, был уже ясен ученым в ряде стран. Но случилось так, что этот момент совпал с началом второй мировой войны. Во время войны только в США были необходимые материальные условия для развития этих работ, так как из всех стран только территория США не была захвачена войной и нормальный образ жизни ее университетов и научных институтов не был нарушен. Использовав эти благоприятные условия, при участии ведущих ученых ряда стран, в Америке была начата работа по осуществлению цепных ядерных реакций.
Главным образом благодаря работам крупнейшего итальянского ученого Энрико Ферми при Чикагском университете был создан и пущен в конце 1942 г. первый урановый реактор. Этот знаменательный научный успех открыл дорогу для осуществления цепной реакции взрыва. 16 июля 1945 г. в Нью-Мехико была впервые взорвана атомная бомба. Результат этого испытания показал колоссальную силу ядерного взрыва, предсказанную теорией этого явления. Действительно, взорванная бомба в тысячу раз превосходила силу взрыва наикрупнейших обычных бомб. Ввиду исключительного военного значения атомной бомбы, все работы с ней в США были связаны с большой секретностью, которая обычно принята в оборонной технике. С точки зрения ученых, с самого начала такая секретность, распространенная на науку, подверглась критике. Она только тормозила развитие мировой науки, но, по существу, не была реальной и напоминала секрет Полишинеля.
Наука неизбежно развивается по одному пути и ученые в различных странах, даже если их работы полностью засекречены друг от друга, все же неизбежно пойдут по одному и тому же пути. Разница может быть только в зигзагообразных исканиях и в темпах, которые в основном определяются талантливостью привлеченных ученых, моральными условиями их работы и теми материальными возможностями, которыми они располагают. Так это и случилось. Как только после войны в Европе восстановилась нормальная жизнь, сперва ученые и инженеры СССР, а потом Англии самостоятельно осуществили атомную бомбу.
Если для ученых совершенно ясны пути и законы развития ядерной физики, то, к сожалению, для ряда политиков и дипломатов они до сих пор не ясны. Этим только и можно объяснить возникновение так называемой "атомной дипломатии". Как известно, эта дипломатия исходит из того, что США, путем засекречивания, смогут неизменно сохранять свое первоначальное тактическое преимущество в обладании атомным оружием и, используя страх перед разрушительной силой атомной бомбы, направлять международную политику согласно своим вкусам. Жизнь скоро показала ошибочность такой концепции, но, к сожалению, даже и сейчас это заблуждение до конца не изжито.
Недавно в английском журнале "The New Statesman and Nation" был опубликован ряд интересных статей П.М.С. Блэкетта о военном применении ядерной энергии. В этих статьях хорошо показано, как постепенно рушилось атомное преимущество США, и Блэкетт считает, что от этого преимущества сейчас ничего не осталось. Блэкетт справедливо указывает, что несмотря на большую засекреченность научных ядерных работ во всем мире, для ученого-физика, даже по совсем скудным сведениям о научных работах, которые просачиваются в прессу, не представляет особого труда восстановить, конечно, в общих чертах, основные этапы и основные достижения в развитии ядерной техники и физики. Как ученый, не принимающий участия в ядерных работах, я могу основывать свои заключения, так же как и Блэкетт, только на широко опубликованных материалах. В основном я согласен с описанием Блэкеттом современных достижений ядерной физики, но наши выводы несколько отличаются друг от друга.
Речь идет о серии статей П.М.С. Блэкетта, опубликованных в английском еженедельнике "New Statesman and Nation" в августе 1954 г. под общим заглавием "Британская политика и водородная бомба" [См.: Blackett P.M.S. British Policy and the H-Bomb // New Statesman anil Nation. 1954. Vol. 48. P. 172-173; 202-203, 226-227].
* * *
Первоначальная атомная бомба, как и все до сих пор существовавшие в природе радиоактивные вещества, получала свою энергию за счет расщепления ядерных тяжелых атомов на более легкие. Но давно был уже известен и другой путь получения энергии: за счет синтеза более тяжелых ядер из легких. Такой процесс синтеза ядер считают происходящим в недрах звезд и Солнца, что является источником энергии, поддерживающим их высокую температуру. Не трудно было видеть, что аналогичные процессы, если их осуществлять искусственно, могут привести к внезапному выделению больших количеств энергии, т.е. к взрыву. Если процесс разложения наиболее эффективно осуществляется с самыми тяжелыми элементами, такими, как уран, то синтез надо осуществлять с ядрами наиболее легких элементов, такими, как водород. Поэтому естественно стал вопрос об осуществлении бомбы с синтезирующим процессом и ее стали называть водородной бомбой. Чтобы инициировать процесс синтеза из водородных ядер, нужна очень высокая температура, которую пока что, по-видимому, удается осуществить только путем атомного взрыва, хотя не исключена возможность, что со временем ее удастся осуществить путем интенсивных кумулятивных взрывов.
В первоначальном варианте схема водородной бомбы представляла из себя обычную атомную бомбу, но окруженную оболочкой, заполненной водородом. Инициирующий атомный взрыв создает высокую температуру в десятки миллионов градусов, после чего происходит синтез ядер водорода в ядра гелия. Получаемая при этом энергия взрыва определяется количеством водорода, превращающегося в гелий. Простые вычисления показывают, что при такой ядерной реакции вполне реально на практике получить мощность взрыва, превосходящую первоначальный взрыв атомной бомбы раз в 1000. Казалось бы, все обстоит очень просто, но когда стали изучать эти процессы количественно, возникли существенные затруднения, которые заставили сомне ваться в реальной возможности осуществления водородной бомбы даже создателя первой атомной бомбы профессора Оппенгеймера.
Дело в том, что ядра водорода существуют в трех видах. Наиболее распространены ядра с атомным весом 1 - это обычные протоны; потом с атомным весом 2, так называемый дейтерий, его в природе значительно меньше; и, наконец, с атомным весом 3 - это ядра трития. Эти ядра радиоактивны и время их распада около 12 лет. В природе их практически не существует, их можно делать только искусственно, например, в ядерных реакторах. Более детальное изучение водородной реакции показало, что водородная бомба осуществима только при участии достаточного количества трития. Поскольку техническое изготовление трития исключительно дорого и сложно, водородная бомба, по мнению ряда ученых, непомерно дорога. Блэкетт в своей статье указывает, что американские ученые оценивают 1 кг трития в 1 миллиард долларов, хотя он сам считает, что эта сумма преувеличена.
Были и другие технические трудности при осуществлении водородной бомбы, например, связанные с необходимостью применять дейтерий и тритий в жидком виде. Все это привело к тому, что вес водородной бомбы достигал десятков тонн. Как известно, в Америке мнения ученых разделились при оценке целесообразности осуществления такой дорогой и, по существу, нетранспортируемой водородной бомбы. Но все же правительство США решило ее осуществить во что бы то ни стало и только для того, чтобы опять захватить "атомное" лидерство, которое было потеряно после взрыва нашей атомной бомбы в 1949 г.
Были затрачены миллиарды, и в Саванна Ривер был построен первый завод по изготовлению трития. Наконец, в 1952 г. американцы взорвали первую водородную бомбу и получили взрыв значительно более [мощный], чем от обычной атомной бомбы. Серьезного военного значения такая дорогая и тяжелая водородная бомба не имела, но научное значение было большое, так как была доказана на опыте осуществимость ядерной реакции синтеза. Через год, в августе 1953 г. была взорвана водородная бомба в СССР.
Из дальнейшего будет видно, что с этого момента и начинается новый этап в области истории военного применения ядерных бомб.
Советским ученым первым пришла в голову гениальная мысль: процесс образования трития производить из лития не заранее в реакторах, как это делали американцы, а во время самого взрыва, за счет нейтронов, образуемых в процессе инициирующего ядерного взрыва. Таким образом отпадала необходимость иметь в больших количествах сверхдорогой тритий. Кроме того, поскольку существует химическое соединение водорода с литием (гидрид лития), то отпадает усложнение, вызванное необходимостью применения жидкого водорода.
Об основных физических идеях, заложенных А.Д. Сахаровым и В.Л. Гинзбургом и первый вариант советского термоядерного оружия, см.: Ритус В.И. "Если не я, то кто?"; Романов Ю.А. Отец советской водородной бомбы // Природа. 1990. № 8.
Осуществление на опыте этой замечательной идеи и привело к тому, что водородная бомба или, как правильнее называть этот тип бомбы, - термоядерная, практически оказалась немногим дороже и не тяжелее обычной атомной бомбы. При этом сила ее взрыва может в тысячи раз превосходить силу взрыва атомной бомбы.
После получения данных анализа воздуха, раскрывавших сущность советской термоядерной бомбы, американским ученым и инженерам удалось воспроизвести ее только через 7 месяцев. Как известно, такая термоядерная бомба в США была взорвана в марте 1954 г. Мне думается, что для восстановления объективной истории гонки атомного вооружения нужно остановиться на создавшейся в то время ситуации более подробно.
После успешного осуществления термоядерного взрыва в СССР каждая запасенная у нас атомная бомба превращалась в термоядерную... Для этого только нужно было иметь в достаточном количестве легкий изотоп лития. Хорошо известно, что для современной техники выделение достаточно распространенного легкого изотопа лития не представляет труда. Таким образом, взрывная сила запасов атомных бомб в СССР практически сразу увеличивалась в тысячу раз, в то время, как в Америке она оставалась на том же уровне. Если даже допустить, что американские запасы активного продукта для бомб в это время были в несколько раз больше, чем в СССР, то все же несомненно, что при помножении на 1000 "атомная мощь" СССР в сотни раз превосходила "атомную мощь" США. Можно с уверенностью сказать, что такого решающего военного преимущества по своему масштабу одной стороны над другой не знала история (конечно, не считая колониальных войн).
Это положение длилось 7 месяцев. Несомненно, что все это было хорошо известно советскому правительству. Поэтому естественно задать вопрос: как тот круг людей, который за рубежом пугает свой народ агрессивными намерениями Советского Союза, объяснит, почему 7 месяцев несомненного и подавляющего "атомного" превосходства не были использованы Советским Союзом для пресловутых агрессивных целей? Ведь этот срок... далеко превосходит те несколько дней, если не часов, которых, по мнению тех же американских экспертов, вполне достаточно, чтобы несколькими десятками этих советских термоядерных бомб стереть с лица земли любую из стран земного шара? Поставим еще другой, более простой вопрос. Почему советская дипломатия за эти 7 месяцев полного "атомного преимущества" не стала действовать с "позиции силы", т.е. с той позиции, на которую все послевоенные годы англо-американские дипломаты пытаются становиться, чтобы навязать миру свои предложения?
Тут возможен только один очевидный и простой ответ: агрессия и диктат не есть политика социалистического и настоящего демократического государства, каким, несомненно, является Советский Союз. Даже когда такое государство явно и располагает возможностями диктовать свою волю другим странам, оно все же к ним не прибегает по той же причине, почему честный человек не станет воровать, даже если ему это заведомо пройдет безнаказанно.
Меня очень удивляет, почему обо всем этом умалчивает даже самая передовая пресса Англии и Америки?
Но вернемся к рассказу о дальнейшем развитии научной стороны вопроса ядерного взрыва. Сейчас мне предстоит подробно остановиться на вопросе, который еще мало осознан людьми, пока он ясен только ученым, и то не всем.
Чтобы представить разрушительную силу термоядерной бомбы, следует вспомнить разрушения, произведенные во всей Германии во время второй мировой войны. Известно, что всего на Германию было тогда сброшено около 3 миллионов тонн бомб. Так вот, одна термоядерная бомба в несколько раз более разрушительна, чем все сброшенные за прошлую войну на Германию бомбы вместе взятые.
Но главный ужас термоядерной бомбы не в ее умопомрачительной разрушительной силе, а в радиоактивном отравлении воздуха. После взрыва любого типа ядерной бомбы в воздухе остается большое количество радиоактивного вещества. непрерывно дающего проникающее излучение, которое, даже в небольших дозах не только вредно для живого организма, но смертельно для него. При этом радиоактивное отравление атмосферы не есть кратковременное явление, от которого можно укрыться; оно длится годами. Прикидочные расчеты показывают, что полностью отравить атмосферу земного шара уже можно существующими запасами накопленных активных продуктов, полученных в урановых реакторах, если их превратить в термоядерные бомбы и взорвать.
Исходя из реальности такой ситуации, вот как можно представить себе схему войны между двумя странами, которые мы назовем "х" и "у". Каждая из них имеет предельное количество термоядерных бомб, т.е. такое количество, которого достаточно, чтобы отравить всю земную атмосферу. Положим, страна "х", используя внезапность или свое превосходство в технике сбрасывания бомб, нападает на страну "у" и за несколько часов стирает ее с лица земли. При этом, конечно, страна "х" следит за тем, чтобы эта операция была осуществлена с числом бомб меньшим, чем предельное, т.е. то, которое может привести к отравлению всей земной атмосферы. Даже если такую операцию страна "х" и проведет "успешно", но в стране "у" останется в живых небольшая кучка людей, то все же эта кучка, которой уже нечего терять, хотя бы из чувства мести всегда может взорвать остаток своих запасов активных продуктов. Этим она отравит земную атмосферу и таким путем уничтожит и все население страны "х". При этом, конечно, гибнет не только оставшаяся кучка населения страны "у", но и население всех других стран на Земле, не принимавших участия в конфликте.
Еще десять лет тому назад такая схема могла лечь в основу фантастического романа типа [романов] Жюля Верна или Уэллса. Но сегодня эта схема лежит не в основе литературной фантастики, а является реальной действительностью, возможность которой, к сожалению, пока осознана только учеными. В заграничной прессе сейчас еще приходится читать длинные и замысловатые рассуждения о том, сохраняет ли США еще свое мировое превосходство в количестве запасенного активного продукта. Эти рассуждения показывают полное непонимание создавшегося положения.
Казалось бы, не трудно понять, что если после взрыва предельного числа (условно примем его за 1000 термоядерных бомб) существование жизни на Земле прекратится, то весь излишек бомб сверх этого числа ни к чему не нужен. Он не может быть использован для военных целей без гибели и самой нападающей стороны. Взорвать вместо 1000 бомб 5000 - это равносильно [тому], утонуть ли человеку на глубине 1000 метров или 5000 метров.
Конечно, трудно поверить, что человечество пойдет на такую войну, которая поведет к "самоубийству" планеты. Самоубийство правильно расценивается, как акт психической слабости, следовательно оно граничит с умопомешательством. Так неужели же всегда существовавшая среди людей рознь в политических, религиозных и других мировоззрениях может теперь привести к использованию термоядерной бомбы как к методу доказательства своей правоты и этим самым к общей гибели?
Очевидно, сейчас есть один выход из создавшегося положения - это категорическое запрещение любого типа атомного оружия и осуществление строжайшего общественного международного контроля за выполнением этого запрещения.
Я вполне разделяю мнение моего коллеги академика Д.В. Скобельцына, которое он недавно выразил в письме в редакцию журнала "Международная жизнь". Нет другого простого и действительного выхода из создавшегося положения, кроме полного запрещения атомного оружия. Это уже ясно ученым и их долг заставить понять создавшееся положение всех граждан своих стран, чтобы даже самые твердолобые политики поняли нелепость установления взаимоотношений между странами с "позиции силы" и возможности применения в военном конфликте атомного оружия.
Письмо в редакцию журнала "Международная жизнь"" акад. Д.В. Скобельцына (1954, № 2. С. 111-117) представляет собой отклик на серию статей П.М.С. Блэкетта (см. выше).
Ряд ученых за границей выступил с указанием на вредное и в конечном итоге гибельное действие на все население земного шара радиоактивного отравления воздуха, неизбежного после любого атомного взрыва. Гибель японских рыбаков, находившихся недалеко от места взрыва американской термоядерной бомбы, справедливо приводится как печальная, но наглядная иллюстрация такого радиоактивного отравления через воздух.
1 марта 1954 г. радиоактивное облако, образовавшееся во время американского термоядерного взрыва на атолле Бикини, накрыло находившееся в 85 милях от этого места японское рыболовное судно "Фукурю-мару" ("Счастливый дракон").
Я, как ученый, приветствую эти выступления, так же как авторитетное выступление в Оксфорде 1 сентября 1954 г. крупнейшего физиолога профессора Эдриана, президента Королевского общества Англии. Во время съезда Британской научной ассоциации Эдриан, как ее председатель, в своей вступительной речи, посвященной в значительной мере вопросам науки и атомной войны, говорил, что благодаря радиоактивному отравлению "вполне достоверно, что большая атомная война будет катастрофична для всего мира".
* * *
Эти вопросы тоже широко дискутируются в иностранной прессе, но поскольку они обычно сводятся к обсуждению уже существующих и известных методов защиты, основанных на применении радиоуправляемых ракет и самолетов совместно с радарной техникой, то тут мнение военного эксперта более авторитетно, чем ученого. Самые разнообразные по своему положению эксперты все довольно единодушно утверждают, что при современной радио- и ракетной технике с большим трудом, но все же можно надеяться организовать 90% защиту от воздушного нападения. Это значит, что из 1000 бомб только 100 достигнут цели. Стоимость организации такой защиты, например, для площади США определяется цифрой порядка 200-300 миллиардов долларов, т.е. во много раз больше всех расходов, произведенных на атомную бомбу.
Несомненно, организация такой защиты для всякой страны имеет большое значение, главное, как фактор, задерживающий развязку атомной войны. Например, если наше условное число в 1000 бомб есть предел возможного количества бомб для полного отравления воздуха, то при организации защиты из них будет иметь разрушающее действие только 100, а этого числа может оказаться недостаточно для того, чтобы "стереть с лица земли" страну. Понятно, что уже такая, даже не полная система защиты делает для агрессора атомную войну менее привлекательной.
Очевидно, что полная защита страны делает атомную войну полностью бессмысленной.
Поэтому мы должны всевозможными путями приветствовать разработку более эффективных методов обороны. Необходимо поставить перед учеными проблему искания принципиально новых путей защиты, которые бы осуществляли защиту более эффективно и более дешево.
История науки неизменно учит нас, что всякий яд имеет свое противоядие. Трудно думать, чтобы в неисчерпаемом разнообразии явлений природы не было таких принципиально новых возможностей, использование которых не привело бы к созданию полноценного противоядия для защиты человечества от атомной напасти.
Рассекречивание ядерной физики нужно приветствовать, так как оно несомненно приведет к прогрессу в научных работах над мирным применением ядерной энергии. Сразу же будет вовлечен в эту работу широкий круг ученых и начнется сотрудничество ученых, работающих в различных областях знания; этого сейчас остро недостает.
История науки неизменно показывает, что путем скрещивания различных направлений в научной работе и рождаются наиболее передовые и замечательные научные открытия. Поэтому свободное сотрудничество ученых разных специальностей несомненно приведет к открытию совершенно новых возможностей применения ядерных процессов в науке и в жизни, возможностей, которые сейчас еще нельзя предсказать, но которые могут стать со временем важнейшими. Оставляя эти проблематические возможности в стороне, я ограничусь тем, что опишу наиболее плодотворные из очевидных уже сейчас направлений мирного применения ядерных процессов.
Я хочу главным образом остановиться на втором направлении - на использовании ядерных процессов для увеличения энергетических ресурсов, которыми располагает человечество. Первый вопрос, на который тут следует ответить - следующий: какое количество энергии можно получить, переработав в ядерных реакторах все предполагаемое количество доступного в земной коре урана?
В научной литературе указывается, что в случае, если в ядерной реакции используется весь уран, как это возможно осуществить в реакторах, которые называются "размножители", то можно считать, что количество полученной при этом энергии будет по крайней мере в 10 раз больше той, которую считается возможным получить от сжигания всех доступных залежей каменного угля. Следовательно, если согласиться с распространенным прогнозом геологов, что запасов каменного угля в земной коре хватит человечеству еще на 2000 лет, то запаса ядерной энергии от урана хватит больше чем на 20 000 лет. Конечно, все эти расчеты весьма предположительны, но все же они несомненно указывают на те громадные масштабы, которых может достичь применение ядерной энергии на службе человечеству. К тому же следует отметить, что эти расчеты основываются на предположении, что используется только уже хорошо известная и изученная ядерная реакция распада урана. Несомненно, что со временем будут открыты еще и другие осуществимые в больших масштабах ядерные реакции. Если считать, что людям удастся еще использовать энергию при синтезе легких ядер, то можно смело принять, что энергия ядерных процессов никогда не будет ограничена недостатком "горючего" сырья.
Если это так, то что же сейчас стоит на пути широкого использования ядерной энергии для мирных целей? Ответ прост. Пока запасы каменного угля, нефти, гидроэнергии еще не исчерпаны, ядерная энергия может быть успешно использована только, когда ее получение и применение будет более рентабельно, чем получение энергии при сжигании угля, нефти и пр. Постараюсь в общих чертах дать картину современного состояния ядерной энергетики.
Как уже говорилось, когда происходит ядерная реакция, выделяется исключительно большая энергия. Эта энергия на первой стадии заключается в чрезвычайно быстром движении образованных после распада электронов, нейтронов и отдельных ядер атомов. Если сравнить энергию этих частиц с энергией атомов при тепловом движении, то оказывается, что она соответствует нагреву на много миллионов градусов. Обратить эту энергию быстрого движения элементарных частиц в полезную можно различными путями, укажем из них три основных.
Первый путь основан на том, что большинство образующихся в процессе распада быстродвижущихся частиц несет электрический заряд. Путем торможения движения этих частиц в электрическом поле можно превращать их энергию непосредственно в электрическую. Это наиболее прямой и эффективный способ использования ядерной энергии, но и самый трудный для осуществления. Пока такого рода процесс был осуществлен с радиоактивным стронцием и только в очень маленьком масштабе. При больших масштабах тут возникают трудности и еще далеко не ясно, как их можно будет преодолеть. В хорошо освоенных приборах, как циклотрон или линейный ускоритель, электрическая энергия превращается в кинетическую энергию ускоренных частиц. В данном случае ставится обратная задача: как кинетическую энергию обращать в электрическую? Принципиально такие процессы вполне возможны, но чтобы осуществить их эффективно, надо проделать большую изобретательскую работу и преодолеть очень много технических трудностей, Я еще не встречал в литературе даже попыток изобрести такие обращенные ускорители,
Второй путь значительно проще осуществляется и он состоит в том, чтобы заставить быстрые частицы, полученные при ядерных процессах, производить химические реакции и накопленную таким образом химическую энергию превращать, например, в электрическую. Вот примитивная схема такого процесса. Положим, что под влиянием быстрых частиц, полученных при ядерной реакции, происходит разложение воды на водород и кислород; потом в газовом элементе при их воссоединении получается электрический ток. Отбор ядерной энергии такими химическими процессами значительно легче осуществляем, чем первым путем, при этом, по-видимому, можно надеяться получить неплохую эффективность и ждать, что установки будут простые и дешевые. Но пока теория и практика прямого превращения ядерной энергии в химическую, а химической в электрическую в больших масштабах еще не разработаны и потребуется еще большая научная и техническая работа, прежде чем эти процессы будут применимы на практике. Хотя в литературе нет указаний на то, что такие процессы разрабатываются, но уже имеется ряд работ по изучению влияния радиоактивных излучений на химические превращения.
Наконец третий путь, он наиболее реальный. В этом случае путем поглощения энергии частиц ядерного распада превращают ее в тепло, которое может быть использовано для приведения в действие обычных тепловых машин, например, паровых или газовых турбин. Так получается как бы тепловая силовая установка с топкой, работающей на ядерной энергии. Такая схема имеет то преимущество, что все входящие в нее элементы освоены современной техникой, остается их приспособить для специфических условий образования тепла в ядерных реакторах и правильно скомбинировать между собой. Этим путем и идут сейчас ученые и инженеры и, как видно из обширной иностранной научной литературы, уже добились обнадеживающих результатов. Надо отметить, что эффективность такого пути использования ядерной энергии будет всегда ограничена. Поскольку КПД современной паросиловой установки не превышает 30-36%, то очевидно, что аналогичные ядерные установки не могут иметь более высоких КПД.
Ядерные установки по сравнению с теплосиловыми становятся сложнее благодаря необходимости создавать защиту от радиоактивных излучений и пользоваться дистанционным управлением. На практике все эти недостатки должны окупаться тем, что к ядерным силовым установкам не нужно подвозить ни угля, ни нефти, ни другого горючего. Нетрудно видеть, что это преимущество может быть решающим в ряде специальных случаев, как для генерирования электроэнергии в арктических или других трудно доступных областях, на судах, на самолетах и, наконец, на межпланетных ракетах, т.е. везде, где обычное топливо является вредным мертвым грузом.
Что касается мирного применения ядерной энергии в народном энергетическом хозяйстве, то сейчас в научной литературе весьма подробно разбираются и изучаются технико-экономические условия эксплуатации различных типов теплоядерных электростанций. Вопрос оказывается еще не вполне очевидным. Например, расчеты показывают, что капиталовложения на единицу мощности в ядерные силовые установки несколько больше, чем в обычные, но все же это не является решающим фактором, поскольку в ряде случаев является возможность приблизить такую ядерную электростанцию к потребителю и сэкономить на дорогостоящей электросети.
В вопросах стоимости самой эксплуатации предвидятся две основные трудности: первая из них - необходимость периодически удалять из реакторов радиоактивные "шлаки". Этот процесс связан с необходимостью дорогой химической переработки урана. Некоторые авторы опасаются, что эти расходы могут превзойти ту экономию, какую дает стоимость урана как горючего по сравнению с углем. Есть еще одна большая трудность при эксплуатации теплоядерных электростанций, это судьба радиоактивных "шлаков". Если их просто выбрасывать в море или на волю, как это сейчас и делается, то простые подсчеты показывают, что скоро отравление воды и воздуха радиоактивностью примет угрожающие размеры для жизни людей. Пока предлагают для выхода из этого положения заключать шлаки в герметические бетонные блоки и хранить их глубоко под землей или на дне океана. Это, конечно, тоже усложняет и удорожает эксплуатацию термоядерных электростанций.
Большую роль при эксплуатации будет играть надежность конструкции электростанции. Она должна быть исключительно высокой, так как всякий ремонт ядерных реакторов и связанной с ними аппаратуры очень затрудняется наличием радиоактивности. Тут тоже имеются серьезные трудности. Дело в том, что при высокой температуре, существующей в паросиловых реакторах, быстрые частицы, получаемые при радиоактивных процессах, вызывают всевозможные химические реакции; эти реакции приводят к коррозии даже наиболее стойких из употребляемых материалов. Из имеющихся данных, по-видимому, следует, что наиболее устойчивые из известных материалов, как, например, нержавеющая сталь, не выдерживают в реакторах продолжительной работы. Опыт показывает, что можно надеяться, что покрытие из циркония решит эту трудность. Однако на разработку этих вопросов уйдет некоторое время, так как пока еще заводская металлургия циркония не освоена. Дело еще усложняется тем, что в цирконии всегда имеется примесь гафния, присутствие которого совершенно недопустимо в ядерных реакторах. Необходимость тщательного химического очищения циркония от гафния усложняет его металлургию.
Следует еще указать на необходимость мер безопасности при интенсивно работающем реакторе на обогащенном уране для того, чтобы происходящая в нем цепная реакция не перешла во взрыв, подобный атомной бомбе. В литературе приводятся указания на то, как этот вопрос надежно разрешается. Поскольку все описанные трудности не принципиального характера, не приходится сомневаться в том, что они все будут со временем преодолены учеными и инженерами.
Ряд крупных ученых и инженеров в своих выступлениях указывают, что через 10-15 лет теплоядерные электростанции по своим технико-экономическим показателям догонят обычные, работающие [за счет] сжигания каменного угля, и начнут их вытеснять.
Что касается опытных данных по работе теплоядерных электростанций, то их пока имеется очень мало. В США, по-видимому, существует по крайней мере четыре реактора для теплосиловых установок. Все они небольшие, работают по разным циклам и имеют целью получение ряда опытных показателей. Сообщается, что уже два года работает реактор-размножитель. Достаточно подробно опубликована конструкция опытного ядерного реактора, работающего на обогащенном уране в Ок-Ридже. От него приводят в действие турбогенератор в 140 киловатт при КПД 14%. Эта опытная установка работала два года. Она имела специальную цель разработки силового агрегата для подводных лодок. Поэтому приводимые в литературе хотя и достаточно под робные технические и экономические показатели имеют ограниченный интерес.
Первая действительно крупная установка теплоядерной электростанции и 5000 киловат, в 35 раз превосходящая построенную в США, была запущена в про шлом году в СССР. Эта установка имеет целью обычное мирное снабжение электроэнергией, поэтому ее технико-экономические показатели будут весьма существенны при разработке методов мирного применения ядерной энергии. Следует с интересом ждать, когда после необходимого срока непрерывной работы эти показатели будут получены и станут доступны изучению. Конечно, эта первая советская установка по сравнению с будущими имеет все же небольшую мощность, так что трудно ждать при ее эксплуатации предельно высоких технико-экономических показателей. Но несомненно они должны сыграть важную роль как основные пци разработке более крупных теплоядерных силовых агрегатов.
Приведенные материалы, мне кажется, указывают на большое будущее ядерной энергетики, даже если идти проторенным путем, беря за основу уже известный термодинамический цикл, разработанный и приспособленный для сжигания обычных горючих, как уголь, нефть и пр. Но естественно предвидеть, что далекое будущее будет за энергетическими циклами, подобными тем, о которых я говорил вначале и которые будут более полно отвечать специфике получения ядерной энергии.
На всем этом поприще для ученых и инженеров открывается перспектива крупнейшей, интереснейшей и многообещающей творческой научной работы. Успешно и быстро она может быть осуществлена только при дружном участии ученых всех стран мира, работающих в самых разнообразных областях: в физике, электронике, металлургии, химии, электрохимии, теплотехнике и пр.
Пока главным тормозом, мешающим развитию этой объединенной работы, является секретничество, связанное с научной работой по ядерным процессам. Это мешает объединиться в работе не только ученым в международном масштабе, но, как это видно из иностранной прессы, даже ученым внутри одной страны.
Я уже указал, что сейчас, когда гонка атомного вооружения зашла в тупик, есть все основания предвидеть, что уже в ближайшие годы в области ядерной физики секретность должна прекратиться и это сразу приведет к расцвету науки. Но не надо забывать, что на пути к международному общению ученых все же остается и другое крупное препятствие - это холодная война <...> Хотелось бы верить, что в наш век такая ситуация долго продолжаться не может, и дружное международное сотрудничество ученых снова возродится и это сразу же двинет вперед мирное применение ядерной энергии.
Я верю, что не за горами то время, когда великое открытие - ядерная энергия - не будет проклинаться человечеством, но станет неотъемлемой частью нашей культуры и благосостояния, каким сейчас является электричество.
11 января 1955 г. Николина Гора
Статья "Ядерная энергия" была написана для журнала "Новое время". Рукопись этой статьи П.Л. Капица 16 января 1955 г. направил Н.С. Хрущеву. В сопроводительном письме он писал:
"За последнее время несколько раз меня просили наши журналы написать статью об атомной энергии. Я не мог выполнить их просьбы, так как был лишен возможности читать иностранную публицистику. Когда я просил, чтобы мне дали иностранные общественно-политические журналы, то обычно указывалось, что это ни к чему, так как мне точно могут сказать, что следует написать, т.е. предлагалось действовать по известному рецепту: "Мысли наши - подпись ваша". Наконец, недавно журнал "Новое время" прислал мне нужные иностранные журналы, и я получил возможность написать статью. В этой статье я даю свою точку зрения на картину современного состояния вопроса о мирном и военном применении ядерной энергии. Многое написанное в статье было темой при беседе с Вами (Эта беседа состоялась 15 декабря 1954 г.), поэтому я думаю, что Вам, может быть, [будет] интересно ее просмотреть. Но я боюсь, что ряд моих высказываний редактор журнала станет резать; чтобы этого не было, опытные товарищи советовали мне перед тем, как ее посылать в журнал, спросить Ваше мнение о целесообразности ее напечатания" .В письме Н.С. Хрущеву от 27 февраля 1955 г. П.Л. Капица пишет:"Я позволю Вам напомнить о моей статье "Ядерная энергия", которую я Вам послал с просьбой помочь ее появлению в печати. Тот разнообразный круг людей, которых я познакомил с этой статьей, все ее читали с интересом, и журнал ждет ее присылки. Главное, чего я хотел достичь этой статьей, это вселить в людях сознание необходимости борьбы с применением атомного оружия как путем его запрещения, так и путем организации обороны, и показать будущее мирное значение ядерной энергии. Поэтому я очень прошу Вас обратить внимание на мою просьбу".Статья П.Л. Капицы рассматривалась в Отделе науки и культуры ЦК КПСС. В письме в ЦК КПСС, подписанном зав. отделом А.М. Румянцевым 27 января 1955 г., отмечается, что "статья акад. Капицы страдает объективизмом в освещении некоторых политически важных вопросов, содержит сведения, которые до сих пор в СССР не публиковались, и вызывает ряд других замечаний". Завершается письмо словами: "Считаем, что представленный академиком Капицей П.Л. текст статьи "Ядерная энергия" публиковать нецелесообразно" [См.: Исторический архив. 1994. №6. С. 129, 131].Судя по всему, аппарат ЦК КПСС воспользовался статьей П.Л. Капицы "Ядерная энерггия", чтобы закрыть ему выезд в капиталистические страны. В воспоминаниях, опубликованных впервые в США в 1974 г., Н.С. Хрущев рассказывает о разговоре с акад. М.А. Лаврентьевым:
"А как вы считаете, знает он (Капица. - П.Р.) о военной тематике, над которой работают наши ученые?"Вполне вероятно, что разговор с М.А. Лаврси тьевым состоялся уже после того, как Хрущев познакомился со следующим местом в "заключении" Отдела науки и культуры ЦК КПСС:- "Да, это он все знает. Академики общаются между собой и об мениваются мнениями, поэтому он знает это".
Это меня сразу насторожило <...> Тогда мы обменялись [мнениями] в руководстве и решили все-таки воздержаться от посылки Капицы за границу" [См.: Природа. 1994. № 4. С. 128].
"В советской открытой печати не публиковалось никаких подробностей устройства термоядерной (водородной) бомбы, а также данных о том, что в США воспроизведена изобретенная советскими специалистами конструкция бомбы. Акад. Капица, не указывая источников информации, пишет на стр. 9 своей статьи следующее: "Советским ученым первым пришла в голову гениальная мысль: процесс образования трития производить из лития не заранее в реакторах, как это делали американцы, а во время самого взрыва, за счет нейтронов, образуемых в процессе инициирующего ядерного взрыва. Таким образом отпадала необходимость иметь в больших количествах сверхдорогой тритий. Кроме того, поскольку существует химическое соединение водорода с литием (гидрид лития), то отпадает усложнение, вызванное необходимостью применения жидкого водорода". Представляется нецелесообразным впервые публиковать эти важные сведения в статье, автор которой специально отмечает, что он не принимает участия в ядерных работах" [См.: Исторический архив. 1994. № 6. С. 130. Публикация С.С. Илизарова].Этот пассаж, содержащий намек на то, что П.Л. Капица располагает секретными сведениями, которые он готов предать гласности, представляет собой очень характерных пример подтасовки и умолчания. П.Л. Капица в сопроводительном письме к Н.С. Хрущеву специально оговаривает, что он "получил возможность написать статью", когда ему прислали "нужные иностранные журналы". В начале своей статьи он пишет о серии статен П.М.С. Блэкетта в журнале "New Statesman and Nation" (см. выше), с которыми он ознакомился. Вместе с тем, Капица в своей статье отмечает, ссылаясь на Блэкетта, что "для ученого-физика, даже по совсем скудным сведениям о научных работах, которые просачиваются в прессу, не представляет особого труда восстановить, конечно, в общих чертах, основные этапы и основные достижения в развитии ядерной техники и физики". По мнению акад. В.Л. Гинзбурга, который был ознакомлен со статьей П.Л. Капицы и публикациями П.М.С. Блэкетта, сведений, которые содержались в статье Блэкетта, опубликованной 1 августа 1954 г. [См.: New Statesman and Nation. 1954. Vol. 48. P. 202-203], было вполне достаточно для написания той части статьи П.Л. Капицы, в которой он говорит о первой советской водородной бомбе.Стоит отметить, что с предложением написать статью об атомной энергии П.Л. Капицы обращался к руководству страны еще в 1945 г. В письме первому зам. председателя СПК СССР В.М. Молотову от 18 декабря 1945 г. он дает развернутые тезисы предлагаемой ста тьи. Резолюция Молотова на этом письме: "Сообщить т. Капице по телефону, что, по-моему, лучше подождать с этим. В. Молотов. 21/ХII" [См.: Вестник МИД СССР. 1990. № 10. 31 мая. С. 58].
К вопросам обороны от атомного нападения П.Л. Капица обращается также в других статьях. Особый интерес его к этим проблемам объясняется тем, что поисками средств обороны от атомного нападения он сам занялся в первые же годы своей опалы, когда после конфликта с Л.П. Берией, под руководством которого он не хотел работать над созданием атомной бомбы, он был в августе 1946 г. снят с должности начальника Главкислорода и с должности директора Института физических проблем.
Впервые он упоминает о своих работах в этой области в письмах В.М. Молотову от 17 и 25 октября 1948 г. [См.: Капица. Воспоминания... С. 429-431]. В письме Г.М. Маленкову от 25 июня 1950 г. он пишет:
"Еще во время войны я много думал над более действенными методами борьбы с бомбежками тыла. чем заползание в норы и отстреливание снарядами. Теперь, когда в арсенал вошли атомные бомбы и реактивные самолеты и снаряды, этот вопрос становится одним из важнейших. За эти четыре года я отдавал все свои основные силы решению этой задачи, и мне думается, что сейчас я успешно завершил ту часть проблемы, которую надлежит решать ученому.Идея наиболее эффективного из возможных методов защиты уже давно высказывалась, она заключается в создании хорошо направленных энергетических пучков такой большой интенсивности, чтобы почти мгновенно уничтожить облучаемый объект..." [См.: Письма о науке. С. 286-287].
П.Е. Рубинин
