Атомная наука и техника в СССР. М., Атомиздат, 1977.
В книге, крупные ученые (в их числе академики А. П. Александров, Н. Н. Боголюбов, А. А. Бочвар, Е. П. Велихов, Н. А. Доллежаль, Б. Б. Кадомцев, Я. М. Колотыркин, Б. Н. Ласкорин, А. А. Логунов, В. И. Спицын, Г. Н. Флёров) и организаторы промышленности (П. Я. Антропов, А. И. Бурназян, И. Д. Морохов, А. М. Петросьянц и др.) рассказывают о современном состоянии атомной науки и техники в СССР и о перспективах ее развития в свете решений XXV съезда КПСС.
Особое внимание уделено международному сотрудничеству, борьбе прогрессивных сил за мирное использование освобожденной энергии атома — этого величайшего достижения человеческого разума.
Книга предназначена для широкого круга читателей, интересующихся проблемами атомной науки и техники.
1.2. РЕСУРСЫ ОБЫЧНОГО И ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА
Развитие человеческого общества неразрывно связано с потреблением энергии, диктующим все возрастающие темпы добычи различных видов топлива. Так, за последние 100 лет энергетические потребности промышленности привели к возрастанию добычи и использования всех видов топлива в 30 раз.
Запасы ископаемого органического топлива, которые могут быть отнесены к категории достоверных и извлекаемых при современном уровне технологии, по данным, представленным на IX Мировой Энергетический Конгресс (МИРЭК-74), оцениваются в 1100—1400 млрд. т условного топлива. С учетом ожидаемого прогресса в технологии добычи топлива общие извлекаемые запасы оцениваются в 7500— 8000 млрд. т условного топлива, из них около 80% приходится на уголь.
Приведенные данные отражают реальную действительность с точностью до потенциально доступных для добычи участков земной коры. Охват разведкой все более труднодоступных районов (континентальных шельфов, субарктических и т. д.) может привести к выявлению дополнительных запасов, а прогресс в технологии — сделать доступными месторождения на больших глубинах.
Во второй половине XX века происходил рост добычи каменного угля. Если в 1950 г. было добыто 536 млн. т, то в 1970 г. его уже добывалось 2 млрд. 242 млн. т: 398 млн. т в капиталистической Европе и 584 млн. т — в США.
В последние 15—20 лет стала бурно развиваться добыча нефти и природного газа, которые весьма резко вытесняли уголь из сферы потребления его как энергетического сырья.
В капиталистическом мире в 1974 г. было добыто 2 млрд. 358 млн. т нефти.
В капиталистическом мире имеет место парадокс, заключающийся в следующем. Развивающиеся страны, не имея развитой индустрии, располагают огромными запасами органического топлива, особенно нефти и газа. Только страны Ближнего Востока владеют 2/3 запасов нефти всего капиталистического мира. Нефть Ближнего Востока — самая дешевая в мире: она залегает на небольших глубинах и нефтяные скважины имеют исключительно высокий дебит. США с 1947 по 1970 г. вложили в нефтедобычу на Ближнем и Среднем Востоке 1 млрд. 600 млн. долл., получив за это время чистой прибыли 12 млрд. долл.
Развитые же капиталистические страны, особенно страны Западной Европы и Япония, имея мощную и многогранную индустрию, не располагают подобными энергетическими богатствами. Единственно, что заслуживает внимания — это открытие в Западной Европе месторождения нефти в акватории Северного моря. Предполагается в ближайшее десятилетие развернуть там добычу, способную обеспечить потребности в нефти Западной Европы на 10— 15%.
Положение с потреблением и добычей нефти в настоящее время таково: в Западной Европе в 1974 г. — 876 млн. т (при добыче 16,8 млн. т), в Японии — 310 млн. т (при добыче на своей территории около 0,7 млн. т). Из развитых капиталистических стран только США и Канада имеют на своих территориях существенные запасы нефти и природного газа. Страны Западной Европы и Япония полностью зависят от привозной нефти, и повышение цен на нефть, которое произошло за последние годы, естественно, резко отразилось на их экономике. Повышая цены на нефть, нефтедобывающие страны защищают свои природные богатства от посягательств иностранного капитала.
По прогнозным данным, США в 1980 г. за счет импорта собираются покрывать 50% потребности в нефти, а в 1985 г. — 62%, полагая при этом получать 46% нефти из стран Среднего и Ближнего Востока и 16% — из африканских стран.
Однако запасы нефти и газа в мире не неисчерпаемы. Достоверные мировые запасы нефти на энергетические нужды составляют 75 млрд. т, т. е. при теперешнем уровне ее добычи их хватит примерно на 26 лет; запасы природного газа считаются равными 67 триллионов м3, т. е. его также хватит лишь на 54 года.
Еще в начале XX века, в связи с изучением радия, стал проявляться известный интерес к изучению радиоактивных руд. В нашей стране пионером этих исследований был академик В. И. Вернадский.
Академик В. И. Вернадский
Научно-технический прогресс в области атомной науки и техники поставил многие страны перед необходимостью приступить к поискам и разведке радиоактивного минерального сырья, а затем и к созданию на базе этих месторождений горнодобывающих и металлургических предприятий. При этом возникло много новых проблем. Одна из них — количество урана в недрах Земли. Некоторые крупные ученые, как геологи, так и физики, полагали, что в недрах Земли может быть выявлено максимум 10 тыс. т урана в промышленных рудах.
Геологоразведочные работы, произведенные во многих странах после окончания второй мировой войны, увенчались серьезными успехами. По имеющимся данным, к настоящему моменту только США располагают запасами урана в недрах (включая и бедные руды) в 2 млн. т. Добывают же США примерно 14 тыс. т урана в год в рудах со средним содержанием его 0,15%. Запасы урана в Канаде исчисляются в 720 тыс. т. Полагают, что в 1975 г. в Канаде было добыто 6,7 тыс. т урана, а к 1980 г. планируется довести его добычу до 11 тыс. т.
Большими запасами урана располагает Австралия (500—600 тыс. т); предполагают скоро довести его добычу до 10 тыс. т в год.
Обнаружены крупные месторождения урана и в Африке. В Нигерии разведанные запасы урана составляют 80 тыс. г. Подсчитано, что в недрах Южной Африки имеется 1,3 млн. т урана. Его добывают из золотоносных рудных месторождений (4 тыс. т в год).
Из европейских стран наибольшие запасы урана — во Франции. В целом в Западной Евpone добывается в год примерно 600 т урана. В течение последних лет открыт ряд месторождений урана и в Латинской Америке.
Нефтяные компании США осуществляют монополизацию урановых ресурсов: 48% урановых рудников принадлежат уже нефтяным корпорациям США. Более того, 55% исследовательских и опытных работ по урану сконцентрированы в нефтяных компаниях, т. е. происходит сращивание различных источников энергетического потенциала в руках крупных монополий.
Развитие атомной энергетики требует все возрастающего увеличения добычи урана. Как показала практика последних лет, уран является необычным элементом земной коры: он присутствует почти во всех ее геологических формациях, начиная от древнего архея и кончая кайнозоем. Как правило, в зонах наивысшей тектонической активности блокового строения с блоковыми подвижками и связанными с ними привносами глубинного вещества к поверхности Земли найдены промышленные месторождения урановых руд различного генезиса — гидротермального и гидрогенного.
Для ядерного топлива в еще большей степени, чем для органического, оценка располагаемых запасов определяется масштабом охваченных разведкой территорий и уровнем предельных затрат на добычу при отнесении месторождений к категории приемлемых для промышленного использования. В настоящее время разрабатываются в основном руды с содержанием U3O8 0,2%, что обусловлено относительно низкой потребностью в уране (мировое производство урана в 1975 г. составило без СССР ~25 тыс. т). С ростом потребности ожидается промышленное использование руд с содержанием U3O8 в рудах до 0,02%, что отвечает оценке затрат на извлечение в 78 долл/кг урана (в ценах 1973 г.).
По оценкам 1974 г., доступные мировые ресурсы природного урана оцениваются в 4,5- 5,0 млн. т в рудах с содержанием его ~0,1%, Использованию этих руд с содержанием урана 0,1 % отвечает средний уровень затрат на добычу в 39 долл/кг (в ценах 1973 г.), что в сравнении с «докризисными» ценами на органическое топливо соответствует высокому уровню конкурентоспособности АЭС. Повышение цен на органическое топливо, вызванное так называемым энергетическим кризисом в капиталистическом мире (1974—1975 гг.), может сдвинуть границу экономически рентабельного содержания урана в промышленных рудах в сторону более бедных руд, что приведет к увеличению располагаемых запасов урана.
Если принять за основу данные об уже разведанных запасах урана на обследованных территориях, то консервативная оценка мировых его запасов с учетом геологических факторов и распространенности в категории затрат до 39 долл/кг даст значение 25 млн. т.
Таблица 1.1
Возможное использование мировых запасов урана в качестве энергоресурсов
Энерговыработка с 1 т природного урана в зависимости от типа реактора, организации топливного цикла и возможного повторного использования топлива может колебаться в широких пределах — от 4000 до 600 000 Мвт. сутки/т. При «сжигании» урана в реакторах на тепловых нейтронах без повторного использования плутония 1 т природного урана эквивалентна 12 000—25 000 т условного топлива. Повторное применение плутония в реакторах на тепловых нейтронах может увеличить эти значения в 1,5—2,0 раза. Использование ядерного топлива в этом случае составит 0,8—1,6%, а соответствующие его ресурсы будут эквивалентны 600—1200 млрд. т условного топлива, что существенно увеличивает общие запасы топлива, но не является решающим на длительный срок. При использовании ядерного топлива в реакторах на быстрых нейтронах сжигание его может быть увеличено в десятки раз по сравнению с реакторами на тепловых нейтронах и можно прогнозировать решение проблемы энергоснабжения топливом человечества по крайней мере на ближайшие несколько сот лет. Этого времени заведомо достаточно для дальнейшего совершенствования технологии производства энергии и овладения такими ее источниками, как, например, термоядерный синтез.
Приведенные данные о ресурсах энергии в ядерном топливе учитывают лишь доступные и экономически рентабельные в перспективе, согласно современным представлениям, запасы урана. Как уже отмечалось, уран представляет собой весьма распространенный, но рассеянный в земной коре элемент. Среднее содержание его в земной коре составляет около 3-10-4 %. В частности, в малых концентрациях (от 2 до 4 г/т) уран содержится во многих скальных породах (гранитах, базальтах и др.), а также в морской воде, где запасы его практически неисчерпаемы. Оценка запасов урана в водах Мирового океана показывает, что если будет отработана достаточно экономичная технология его извлечения, то ресурсы человечества увеличатся до 4,5-106 млрд, т условного топлива (табл. 1.1). Если при этом окажется возможным отработать технологию производства энергии, которая практически не будет зависеть от затрат на добычу природного урана (как, например, в реакторах-размножителях на быстрых нейтронах), то на пути использования этих практически неисчерпаемых для человечества ресурсов энергии не будет и экономического барьера. Использование для энергетических целей наряду с ураном тория, среднее содержание которого в земной коре составляет около 1,2-10-3 %, т. е. примерно в четыре раза больше, чем урана, позволит при необходимости еще в несколько раз увеличить располагаемые запасы ядерного горючего.
Таким образом, овладение ядерной энергией, которое началось с пуска в 1954 г. в Советском Союзе Первой в мире АЭС, по существу явилось началом научно-технической революции в области энергоснабжения и энергоресурсов, необходимых человечеству для успешного дальнейшего развития. Угроза так называемого «энергетического голода», который предрекали некоторые ученые, устранена уже сейчас, когда мы являемся свидетелями широкого строительства экономически рентабельных реакторов на тепловых нейтронах. Применение этих реакторов, по существу, уже в настоящее время удваивает достоверные при современном уровне технологии энергетические ресурсы.
Освоение реакторов на быстрых нейтронах может практически полностью освободить человечество от угрозы какого бы то ни было ограничения в энергетических ресурсах, во всяком случае на обозримый срок.
