Kitabı oxu: «Мирный атом. Книга2. Подземные атомные станции»

Глава

Глава 1. Подземные реакторы появились задолго до

Deep

Fission

Прежде чем погружаться в технические детали амбициозного проекта скважинной атомной электростанции, важно понять, откуда вообще взялась сама идея прятать реакторы под землю.

Наш дальнейший рассказ будет построен поэтапно. Сначала мы заглянем в историю и посмотрим на уже реализованные подземные атомные объекты. Затем разберем схемы первого и второго контуров обычной АЭС, чтобы понять, чем они отличаются от скважинного проекта. Обязательно сделаем небольшую физическую паузу, чтобы поговорить о гидростатическом давлении. После этого обсудим самые болезненные вопросы: как обслуживать, перегружать топливо и выводить из эксплуатации реактор, застрявший в узкой трубе на километровой глубине. В финале мы посчитаем экономику и сравним эту задумку с другими международными проектами малых модульных реакторов.

Но начнем мы именно с истории.

Идея использовать многометровые слои горной породы в качестве естественного саркофага для ядерного реактора родилась почти одновременно с самой атомной энергетикой. Еще в пятидесятые и шестидесятые годы прошлого века в разных уголках планеты инженеры активно строили установки, укрытые внутри скальных массивов, глубоких тоннелей и специально вырубленных искусственных пещер.

Однако между этими историческими объектами и современным концептом скважинной АЭС от стартапа Deep Fission пролегает огромная технологическая пропасть.

Ранние подземные станции, по сути, представляли собой классические реакторные залы, просто перенесенные внутрь горы. В скале выдалбливали гигантскую пещеру, строили внутри площадки, монтировали тяжелые мостовые краны, прокладывали широкие транспортные тоннели и оборудовали комфортные проходы для персонала.

Новый американский проект предлагает совершенно иной, куда более радикальный подход. Инженеры предлагают отказаться от подземных дворцов. Вместо этого компактный реакторный модуль в виде длинного цилиндра должен быть просто опущен в узкую вертикальную скважину на глубину около полутора километров. Никаких кранов, никаких тоннелей и никакого доступа для человека во время работы реактора там не предусмотрено.

Именно поэтому старые подземные АЭС нельзя назвать точными прототипами новой технологии. Но их уникальный опыт позволяет нам увидеть как неоспоримые плюсы, так и скрытые, болезненные проблемы размещения ядерного огня глубоко под землей.

Железногорск: огромный атомный комплекс внутри горы

Самый масштабный и впечатляющий пример подземного атома находится в России. В начале пятидесятых годов в глухом сибирском тайге, прямо внутри гранитного массива возле Красноярска, началось грандиозное строительство Горно-химического комбината. Это было сверхсекретное подземное предприятие, обеспечивающее ядерный топливный цикл Советского Союза.

Первый промышленный уран-графитовый реактор под кодовым названием АД заработал в этих подземных выработках в 1958 году. Спустя несколько лет рядом запустили еще две машины — АДЭ-1 и АДЭ-2. В толще скалы расположились не только сами реакторы, но и заводы по переработке радиоактивной химии, целая атомная теплоэлектроцентраль, насосные станции и исполинские системы вентиляции.

Главной задачей этого подземного города изначально была ковка ядерного щита — наработка оружейного плутония. Поэтому сравнивать Железногорск с обычными гражданскими АЭС не совсем корректно. Тем не менее, реактор АДЭ-2 не только производил плутоний, но и попутно снабжал теплом и электричеством сам комбинат и закрытый город на поверхности. Как отмечают эксперты Всемирной ядерной ассоциации, в последние годы эксплуатации именно эта, энергетическая функция стала для машины основной.

Железногорский комбинат убедительно доказал: огромный, невероятно сложный ядерный комплекс действительно можно успешно эксплуатировать внутри горы на протяжении многих десятилетий. Но это был не глухой, необслуживаемый цилиндр в скважине. Внутри гранита пульсировал целый город с километрами тоннелей, рабочими залами и армией персонала. Гора служила лишь гигантской внешней скорлупой для полноценного завода.

Хальден: исследовательский реактор в скале

В 1959 году эстафету подхватила Норвегия, запустив в Хальдене тяжеловодный кипящий реактор. Его тепловая мощность была невелика — всего 25 мегаватт. Эту машину разместили в частично подземном скальном зале, и она стала сердцем важнейшего международного проекта. По данным Агентства по ядерной энергии, на этом реакторе ученые десятилетиями обкатывали новые виды ядерного топлива, испытывали металлы и доводили до совершенства системы безопасности. Станция проработала вплоть до 2018 года.

Хальденский реактор никогда не претендовал на звание коммерческой АЭС и не гнался за мегаваттами для населения. Тем не менее, его долгая и успешная жизнь подтвердила, что скальный монолит может стать надежной частью конструкции ядерного объекта.

Но и здесь есть принципиальное отличие от скважинного проекта. Прямо над крышкой реактора в Хальдене находился просторный обслуживаемый зал. Инженеры могли свободно осматривать оборудование, проводить ремонт и вытаскивать топливные кассеты обычными цеховыми кранами.

Агеста: атомное отопление пригорода Стокгольма

Швеция пошла еще дальше и построила один из первых в мире гражданских энергетических реакторов прямо в скале. Станция Агеста проработала десять лет, с 1964 по 1974 год, и вошла в историю как первая шведская установка, которая давала не только электрический ток, но и тепло. Кипяток от этого реактора по трубам направлялся прямо в систему центрального отопления тихого пригорода Стокгольма.

Машина работала на тяжелой воде и пряталась в просторной камере, вырубленной в скальной породе. Такое инженерное решение гарантировало прекрасную защиту от радиации, что и позволило разместить атомную станцию в пугающей близости от жилых кварталов.

Проект Агеста доказал жизнеспособность очень красивой идеи: малые подземные станции могут не только светить, но и греть, снабжая спальные районы горячей водой, а заводы — технологическим паром. Но, как и в предыдущих случаях, это была классическая, просторная станция, бережно укрытая внутри холма, а не запаянная намертво в узкой трубе.

Промышленный водо-водяной реактор в скальной камере во Франции

Самым близким историческим аналогом крупных подземных АЭС можно по праву считать французский энергоблок Chooz A.

Это был первенец французской водо-водяной школы. Станция начала давать ток в 1967 году и прослужила до начала девяностых, выдавая солидные 305 мегаватт электричества. Самое интересное, что сам реакторный котел и всё тяжелое оборудование первого контура инженеры спрятали в исполинских пещерах, вырубленных прямо в крутом склоне горы.

Этот проект особенно ценен для истории. В отличие от норвежских и шведских экспериментов, это был уже не исследовательский малыш, а полноценный промышленный водо-водяной гигант — прямой предок тех самых машин, которые сегодня составляют основу атомной энергетики во всем мире.

В годы активной работы скала действительно служила надежным щитом, защищая реактор от любых внешних угроз и экономя деньги на заливке колоссальных бетонных куполов. Но когда станция отработала свой век и ее остановили, подземное расположение показало свой звериный оскал.

Французская энергетическая корпорация EDF в своих отчетах прямо признает: расположение реактора в тесной скальной пещере превратило демонтаж в настоящий кошмар. Узкие проходы чудовищно усложнили доступ к фонящему оборудованию, вывоз тяжелого лома и откачку грязной радиоактивной воды. Разборка станции внутри горы оказалась в разы сложнее и дороже аналогичных операций на обычных АЭС, стоящих под открытым небом.

Опыт французов служит грозным предупреждением для всех современных стартапов: пряча реактор под землю, вы можете сэкономить на строительстве, но рискуете разориться на его демонтаже.

Авария внутри швейцарского подземного реактора

История подземного атома знает не только инженерные триумфы, но и серьезные провалы. Самым известным инцидентом стала авария на швейцарской экспериментальной станции Lucens.

Этот крошечный реактор мощностью в несколько мегаватт также разместили в рукотворной пещере внутри зеленого холма. Он работал по хитрой схеме, используя тяжелую воду для замедления нейтронов и углекислый газ для отвода тепла.

Зимой 1969 года в одном из топливных каналов случилась беда: нарушилась циркуляция спасительного газа. Уран мгновенно раскалился, его оболочка лопнула, а скачок давления разорвал внутренние трубы реактора. Топливо начало плавиться, и радиоактивная грязь выбросилась прямо в подземный зал.

В этот момент скальная пещера сыграла свою главную роль. Тяжелые каменные своды надежно заперли радиацию внутри, и жители соседних городков даже не узнали об инциденте — ни малейшего выброса наружу зафиксировано не было. Однако саму станцию спасти не удалось, она была разрушена навсегда.

Ликвидация последствий затянулась на десятилетия. Расплавленное топливо собирали по кускам, оборудование аккуратно резали на металлолом, а зараженные участки скалы вырубали и мыли химикатами. Понадобилось больше тридцати лет, чтобы власти наконец признали эту площадку абсолютно безопасной и сняли с нее статус ядерного объекта.

Авария в Швейцарии — это лучшая иллюстрация к спору о подземных АЭС. Скала действительно работает как идеальный барьер, способный сдержать расплавленную активную зону. Но гора — это не панацея. Она не способна заменить собой надежные насосы, умную автоматику и качественные трубы внутри самого реактора.

Почему подземные АЭС не стали массовыми

Глядя на все эти реализованные проекты, возникает резонный вопрос: если идея так хороша, почему девяносто девять процентов всех атомных станций в мире все равно строят на открытом воздухе?

Ответ кроется не в физике, а в экономике. Прорубать в монолитной скале огромные залы, армировать своды, прокладывать многокилометровые тоннели и тянуть на глубину мощные вентиляционные шахты оказалось немыслимо дорого. При этом сам реактор не становился проще — ему все так же требовался прочный стальной корпус, насосы и системы аварийного глушения.

Скала защищала от падающих самолетов, но создавала ворох новых, бытовых проблем. Загнать в пещеру огромный парогенератор было почти невозможно. Любой пожар в замкнутом тоннеле превращался в смертельную ловушку для рабочих. Эвакуация усложнялась в разы, а вывоз тяжелого, фонящего оборудования превращался в логистический ад. Французская история с мучительным демонтажем стала последним гвоздем в крышку гроба этой концепции для большой энергетики.