ОСТАННІЙ ПОДКАСТ
Підписуйся на найнауковішу розсилку!
І отримуй щотижневі новини науки і технологій

    Ми під'їдаємо крихти cookies за вами. Навіщо це нам?

    Читати

    Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

    Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

    Повідомлення успішно надіслано

    Для пошуку
    введіть назву запису
    Суспільство — 06.03.19
    ТЕКСТ: Едвард Фрідман,
    Володимир Моторний
    Фото: pexels, shutterstock
    Ми любимо тексти без помилок. Якщо ви все ж таки щось знайшли, виділіть фрагмент і натисніть
    Ctrl+Enter.
    Підривна діяльність

    Едвард Фрідман пояснив, що таке ядерна енергетика. Володимир Моторний поспілкувався з Алексом Веллерштайном про сучасну загрозу ядерного знищення Землі та з’ясував, чому жертвами було обрано саме Хіросіму та Нагасакі.

    У 1938 році в Берліні зробили відкриття: ядро урану, поглинувши нейтрони, ділиться на ядро Лантана та ядро Барію, а також виділяє значну кількість енергії. Якщо інші ядра урану знаходяться досить близько, таке перетворення може продовжитись у вигляді ланцюгової реакції. Контрольована ланцюгова реакція використовується для виробництва електроенергії. Якщо ж вона протікає неконтрольовано, відбувається вибух.
    Успішне тестування першого ядерного реактора відбулося в Чикаго у 1942 році, а першої атомної бомби – у 1945-му, в Лос-Аламоській національній лабораторії, що в штаті Нью-Мексико.

    В атомній бомбі може використовуватись легкий ізотоп Урану (Уран-235), але більш ефективну бомбу можна зробити з Плутонію – його потрібно значно менше. Виробництво плутонію можливе в ядерному реакторі при поглинанні нейтронів важким ізотопом Урану (Уран-238). В природному середовищі уранова руда складається переважно з Урану-238 та містить менш ніж 1 % Урану-235. Процес переробки на більш легкий ізотоп і називається збагаченням урану.

    Під час Другої світової війни та впродовж наступних років Сполучені Штати Америки та Радянський Союз розпочали програми з виробництва ядерної зброї на основі плутонію. Створені в обох країнах ядерні реактори призначалися насамперед для виробництва плутонію. Їхня конструкція передбачала наявність сповільнювача нейтронів, який гальмував нейтрони до оптимальної швидкості для запуску поділу ядер Урану-235, та контрольних стрижнів, які дозволяли прискорювати чи сповільнювати хід ядерної реакції. Останній ключовий елемент ядерного реактора – охолоджувач. Це газ або рідина, яка відбирає тепло, що виділяється в ході реакції, та переправляє його до турбіни. Остання генерує електроенергію. Хоча військові реактори призначені передусім для виробництва плутонію, вони здатні генерувати електроенергію. Для отримання плутонію уран має певний час відпрацювати в реакторі, після чого його дістають та хімічним шляхом відділяють плутоній.

    Радянський Союз почав розробляти ядерні реактори для виробництва плутонію у 1950-х роках. Рання модель – РБМК (Реактор Большой Мощности Канальный) – з’явилася у 1954-му. В ролі сповільнювача в ньому використовувався графіт, бор – для контрольних стрижнів, а вода застосовувалася як охолоджувач. Такі реактори дозволяли ефективно отримувати плутоній. У 1960-х ухвалили рішення про будівництво реакторів РБМК, щоби забезпечувати електроенергією цивільне населення. Таке рішення аргументували подібністю конструкції, будівництва та керування реактором. З іншого боку, воно обумовлювалося значно меншою вартістю в порівнянні з іншими можливими варіантами конструкції.

     

    На жаль, під час розробки реактора конструктори проявили надмірну самовпевненість у питанні безпеки. Як наслідок, недостатню увагу приділили плануванню обмежувальної конструкції довкола реактора, котра могла б стримати викид радіоактивних речовин у випадку аварії. Також її відсутність знижувала вартість будівництва. І це виявилося головною помилкою. Ще один важливий факт: згідно з принаймні одним прогнозом в 1965 році, перегрів реактора вів до закипання води поряд з урановим паливом, що призводило до збільшення кількості нейтронів. Своєю чергою це пришвидшувало ядерну реакцію та перегрів, відповідно викликало ще інтенсивніше кипіння води і ще більший перегрів. Замкнений цикл перегріву, кипіння і ще більшого перегріву міг швидко призвести до вибуху. Відсутність належної уваги до цього факту – друга помилка.

     

    Експлуатація РБМК, побудованих у 1970-х, проходила успішно. На них відбулося кілька інцидентів, але обійшлося без серйозних наслідків, тож впевненість, що побудова наступних реакторів не призведе до значних проблем, лише посилилася. В Чорнобилі запланували звести кілька реакторів в одному місці, котре мало би стати точкою найбільшої концентрації ядерної енергії у світі. Побудували три великих РБМК, про готовність четвертого оголосили в 1983 році. На жаль, четвертий енергоблок так і не пройшов повного циклу тестування перед запуском.

    Пропущений тест системи охолодження мав ключове значення. Ця система не тільки транспортує тепло від реактора до електрогенераторів, але й запобігає перегріву та плавленню паливних контейнерів з ураном. Під час поділу Уран розпадається на менші атоми, багато з них є нестабільними. Така нестабільність призводить до випромінювання електронів, гамма-променів, інших частинок, які є вкрай небезпечними. Це випромінювання називають радіоактивністю. Якщо паливні контейнери з ураном розплавляються, то це призводить до викиду радіації.

    Система охолодження має насоси, що прокачують рідину, яка використовується всередині. На випадок перебою з електроенергією, яка живить насоси, необхідна аварійна система, що убезпечить реактор. Аварійним генераторам четвертого енергоблоку для запуску була необхідна одна хвилина. І для того, аби забезпечити електропостачання насосів протягом цієї хвилини, розробили систему, щоб отримувати струм від турбін, поки ті вимикаються. Саме ця система, задумана для роботи протягом однієї хвилини, не була належним чином протестована.

    Тестування системи охолодження запланували провести опівдні, але згодом перенесли на час, коли на вахту заступила нова команда операторів енергоблоку. Ця незапланована заміна призвела до того, що тест проводили люди, які не мали достатньої підготовки, аби вирішити всі проблеми, що могли виникнути. Катастрофа сталася через незвичайну комбінацію помилок та невірну оцінку подій, викликаних проведенням тесту, внаслідок чого реактор було переведено у нестабільний режим роботи. Останній призвів до закипання води та вибуху пари.

    Внаслідок цього відбулося плавлення паливних стрижнів та окислення їхніх титанових контейнерів. Через це виділився водень, який викликав сильний вибух. Дах енергоблоку було зруйновано, а графітові стрижні загорілися. Щоправда, існує інша гіпотеза, яка пояснює катастрофу не халатністю чи помилкою, а запланованим проведенням експерименту, метою якого було збільшення продуктивності реактора. Цього року були опубліковані документи, які це підтверджують, зокрема Повідомлення опергруп КДБ СРСР та КДБ УРСР про хід робіт з ліквідації наслідків аварії на Чорнобильській АЕС.

    Ось тут стала очевидною необхідність відсутньої захисної оболонки довкола реактора. Вибух та пожежа спричинили масштабний викид радіоактивних речовин до атмосфери, який продовжувався близько двох тижнів. Протягом цього часу радіоактивні викиди розповсюджувались по північній півкулі. Наслідки: серйозні проблеми зі здоров’ям населення на уражених територіях, а також – забруднення довкілля. Найближчі до місця аварії території (в Україні та Білорусі) і Тульска область, де дощ з радіоактивних хмар випав на першотравневу демонстрацію, постраждали найбільше.

    Існує безліч політичних інтерпретацій даних про ефекти застосування ядерної зброї, але я не думаю, що прості люди можуть впевнено дискутувати з політиками, якщо вони не мають чітких орієнтирів

    Ядерні секрети

    Алекс Веллерштейн – автор блогу nuclearsecrecy.com. Він займається історією науки, а якщо точніше, – історією ядерної зброї та пов’язаних із нею секретів. Алекс займає посаду assistant professor (аналог доцента в Україні) коледжу мистецтв та літератури в Stevens Institute of Technology (що знаходиться в Нью-Джерсі). Ми запитали в Алекса про деякі етапи розвитку ядерної зброї, про певні секрети та про те, як можна використовувати «мирний атом». Напевно, найбільш відомий проект Алекса – Nukemap.

    «Це сайт, де ви можете вказати будь-яку точку на мапі світу, потужність ядерної бомби та висоту детонації над поверхнею землі, щоби дізнатися про можливі наслідки такого вибуху, якби він відбувся насправді.
    Алекс Веллерштейн: «Мета створення Nukemap – дати людям засоби візуалізації кількісних ефектів ядерного вибуху, бо, незважаючи на доступність цієї інформації, більшість людей далекі від чіткого її усвідомлення. Існує безліч політичних інтерпретацій даних про ефекти застосування ядерної зброї, але я не думаю, що прості люди можуть впевнено дискутувати з політиками, якщо вони не мають чітких орієнтирів.

    Багато людей переоцінюють ефекти ядерної зброї, а деякі недооцінюють їх. Nukemap – це спроба допомогти людям відкалібрувати їхнє розуміння. Я часто додаю незначні покращення до Nukemap. У найближчому майбутньому планую випустити інструменти для перекладу на інші мови, наприклад. Було б також цікаво змоделювати на Nukemap ефект від електромагнітного імпульсу, а також зробити вже наявні ефекти залежними від рельєфу та забудови місцевості. Дещо з цього знаходиться в розробці, проте я поки що не можу назвати очікувану дату їхнього введення».

    «Проект «Мангеттен» та ядерні випробування

    «Розробка ядерної зброї в США відбувалася в кілька етапів. Перший ми можемо назвати дослідницьким, він тривав з 1939-го по 1941 рік. Це було те, що називалося «Урановим комітетом». Його метою було оцінити доцільність розробки ядерної бомби в короткотривалій перспективі (під час Другої світової війни). Представники комітету дійшли до висновку, що проект ядерної бомби можливо, але дуже складно реалізувати за короткі терміни. В 1941-му вчені Британії переконали кількох ключових науковців та адміністраторів США, що це не так складно, як вважалось, і роботу необхідно починати негайно.

    Озираючись назад, варто сказати, що їхні прогнози були надто оптимістичними, але на той час Сполучені Штати вже досить далеко просунулися в роботі. Між серединою 1941-го та кінцем 1942-го розробки в США прискорили і перейшли до пілотної стадії, коли специфічні методи створення подільної речовини (радіоактивної речовини, що може підтримувати ланцюгову реакцію) вже були розроблені, а зусилля зосередили на створенні власне зброї. Зміна назви проекту на «Мангеттенський інженерний район» свідчить про те, що робота стала більш серйозною та секретною. У кінці 1942-го прийняли рішення перейти до виробничої програми – створення робочої зброї. Це означало введення в армію США спеціального інженерного корпусу та створення масштабних потужностей, необхідних для виробництва подільної речовини для використання у зброї. Організація проіснувала до січня 1947-го, коли її потужності перейшли до цивільної Комісії з ядерної енергії».

    Вони потребували об’єктів, які можна повністю знищити атомними бомбами, аби продемонструвати потужність цих бомб. Місто Хіросіма підходило для цього ідеально

    Чому саме Хіросіма та Нагасакі?

    «Записи Цільового комітету «Мангеттенського проекту» чітко вказують на кілька критеріїв, якими керувалися для вибору цілей. Метою було, щоб атака справила враження як на Японію, так і на весь світ. Це означає, що вони потребували об’єктів, які можна повністю знищити атомними бомбами, аби продемонструвати потужність цих бомб. Місто Хіросіма підходило для цього ідеально: це було місто середнього розміру, з пласким рельєфом, військовими виробничими об’єктами та цивільними будівлями, які би суттєво постраждали від вибуху та пожежі. Воно також було поганою мішенню для бомбардування запалювальними бомбами через велику кількість річок, тож ВПС не збиралися атакувати її до винаходу атомної зброї. Як наслідок, місто було мішенню високого пріоритету практично із самого початку.

    Історія Нагасакі зовсім інша. Місто додали до переліку цілей пізно – за день до остаточного його затвердження в кінці липня 1945-го. Географія міста, що знаходилося між двома горами і було розділене на дві окремі половини, не була ідеальною для ядерного удару. Воно неодноразово бомбардувалось до цього. Нагасакі було не пріоритетною мішенню, а запасною до головної – міста Кокури, яке закрили хмари і дим. Я вважаю неспівставність Хіросіми та Нагасакі дуже цікавою і показовою, коли казати про мінливу атмосферу кінця Другої світової війни, і, думаю, їх варто розглядати окремо. Я також вважаю, що відносна спланованість удару по Хіросімі відображає один з аспектів ядерної епохи – холодну логіку та стратегію, в той час як відносно хаотичний удар по Нагасакі показує інший – можливість свавільного руйнування й високої ціни ризику та помилок».

    Чи можлива ядерна війна сьогодні?

    «Допоки ядерна зброя існує у світі, ядерна війна можлива (не важливо, визначаємо ми її як використання ядерної зброї країнами, що її мають, проти тих, які не мають, чи – ядерними державами між собою). Я думаю, цей факт беззаперечний. Реальним є наступне питання: якщо ми не збираємося позбуватися ядерної зброї найближчим часом (а здається, що так і є), то що можна зробити, аби знизити відсоток вірогідності цієї катастрофи? Це дуже хитре питання з багатьма точками зору і перспективами.

    Відповідь на питання, чи може ядерна війна знищити нашу планету, залежить від того, який сенс ми вкладаємо в поняття «знищення Землі». Якщо маємо на увазі вимирання людини, то цього дуже складно досягнути: люди виживали у надзвичайно жахливих умовах в минулому (наприклад, останній Льодовиковий період). Життя може бути дуже стійким в цілому і протягом тривалого періоду часу. Проте ми точно маємо достатньо ядерної зброї, щоби спричинити нечувані страждання, з мільйонами загиблих у конфлікті та, потенційно, мільярдами смертей від екологічних наслідків (забруднення, голод, спричинений попереднім ушкодженням сільскогосподарських культур). Ми можемо перетворити планету на дуже неприємне місце для життя. Втім, я маю сказати, що є багато невизначеностей в цьому питанні: ми не можемо протестувати більшість наших припущень та моделей довготривалих наслідків ядерної війни без неї як такої. Але, я думаю, поміркована точка зору полягає в тому, що це буде безпрецедентна катастрофа, яку будь-якою ціною не можна допустити.

    Один з найбільш цікавих секретів, які мені вдалося розкрити, це те, що американські вчені в якийсь час працювали над зброєю настільки потужною, що навіть ВПС США часів Холодної війни визнали її занадто небезпечною: потужність зарядів вимірювалась тисячами мегатонн. Таку зброю так і не створили, але над нею працювали дуже серйозно».

    Чи розв’яжуть Іран та Північна Корея ядерну війну?

    «Головна небезпека появи нових ядерних держав полягає в тому, що вони провокують гонку озброєнь у регіоні та зменшують свободу дій у ньому шляхом збільшення наслідків невеликих сутичок. Але існує багато можливих шляхів до катастрофи. Я не впевнений, що ми знаємо, які з них можуть призвести до використання ядерної зброї з більшою ймовірністю, оскільки наші досвід та розміри вибірки в цьому питанні дуже обмежені».

     

    Якою була роль шпигунів у проекті «Мангеттен»?

    «Ми знаємо про те, що кілька важливих шпигунів працювали на Радянський Союз в межах різних частин проекту «Мангеттен». Ми маємо лише здогадки, який саме внесок вони могли зробити для радянського ядерного проекту і як радянські вчені використали ці дані. Розробка радянської бомби не була простим копіюванням, вони не ділилися інформацією навіть всередині країни і не довіряли отриманим даним на 100%».

    Що робити з ядерними відходами?

    «Існує дві реальні можливості щодо ядерних відходів. Перший – це переробка, коли частини використаного палива, придатні до повторного використання (наприклад, урану чи плутонію) переробляють на нове паливо. В такий спосіб об’єм відходів можна зменшити дуже суттєво. З іншого боку, це не завжди вигідно в економічному плані й призводить до виникнення великих об’ємів плутонію, що збільшує ризик його викрадення чи використання не за призначенням. Тому деякі країни, зокрема і США, відмовилися від переробки відходів. Франція, Японія та Росія мають серйозні програми з переробки. Та навіть після переробки завжди є залишки, які необхідно утилізувати. Друга ж опція – ізолювати відходи від людей. Як правило, це означає захоронення з метою утримання їх поза екосистемою. Існують різні підходи до ізоляції (захоронення в сольових формаціях, різноманітних породах, підземних контейнерах чи під морем), але всі вони базуються на принципі відокремлення відходів від середовища, в якому перебувають люди».

     

    В цифрах це виглядає так: Чорнобиль – близько 5200 петабекерелів, Фукусіма – 770. Ядерна зброя вивільняє близько 4200 петабекерелів на мегатонну. Сумарні викиди від Касл Браво складають близько 42 000 петабекерелів, а від вибуху над Хіросімою – близько 60. Навіть беручи до уваги неточності, можна побачити значну різницю між Чорнобилем та Фукусімою, «Касл Браво» та Хіросімою. Були й інші масштабні викиди радіації, що призводили до забруднення. Аварія біля Киштиму (в засекреченому тоді місті Челябінськ-40) на хімічному комбінаті «Маяк» у 1957 році призвела до значного викиду радіоактивних речовин, що розповсюдилися на величезну територію. Як правило, її прирівнюють до Чорнобиля і Фукусіми, ставлячи в ряд великих катастроф. Забруднення оцінюється у 800 петабекерелів

    Чи використовувались ядерні бомби в мирних цілях?

    «Існувало кілька програм у Радянському Союзі та Сполучених Штатах. Вони передбачали використання ядерних вибухів для невійськових цілей: щоб копати великі канали чи ями, видобувати підземний газ або проводити фрекінг (гідророзрив пластів), щоби видобути залишкову нафту чи газ із випрацюваних родовищ. Такі проекти зазвичай мали експериментальний характер. Використання дорогої ядерної зброї економічно не виправдане, проблеми з радіоактивним забрудненням та політичні питання також накладають обмеження».

     

    Чи використовується ядерна енергія в космосі?

    «Сьогодні радіоізотопи часто використовують як джерела тепла та електроенергії для космічних апаратів, оскільки вони дуже компактні та автономні. Крім того, вони більш надійні, ніж сонячні батареї. В часи Холодної війни були поширені ідеї використання ядерних реакторів чи навіть бомб у ракетах та космічних апаратах. Сьогодні вони втратили популярність, оскільки існує загроза, що щось піде не так (апарат, що використовує ядерні елементи, впаде назад на Землю), а також через політичні труднощі, пов’язані з питанням польотів будь-чого «ядерного» в людей над головами».

     

    Як ядерні випробування забруднюють довкілля?

    «Радіоактивні викиди можуть бути різними залежно від того, де вони відбуваються та в який спосіб (наприклад, чи це великий викид гамма-променів, як під час вибуху ядерної бомби, чи забруднення повітря продуктами розпаду, як було на АЕС в Чорнобилі та Фукусімі). Я думаю, мало що може зрівнятися з Чорнобилем, коли мати на увазі радіоактивне забруднення. Викиди під час Чорнобильської катастрофи виявилися в п’ять разів більшими за викиди внаслідок аварії на Першій Фукусімській АЕС, і розповсюдилися вони переважно над населеними територіями, тоді як більша частина викидів з Фукусіми потрапила до Тихого океану.
    Для порівняння, ядерні бомби, використані в Японії, вивільнили велику кількість радіації за короткий проміжок часу, але не заподіяли значного забруднення. Це пов’язано з відносно малим об’ємом подільної речовини, використаної в бомбах, а також із тим, що їх підірвали високо в повітрі, і радіоактивні опади, попередньо розсіявшись, не одразу спустилися на землю.

    Випадок із «Касл Браво» (Castle Bravo) у 1954-му, коли Сполучені Штати випробували дуже потужну водневу бомбу в Тихому Океані, призвів до більших викидів, ніж Чорнобильська катастрофа, викиди розповсюдилися на сотні кілометрів довкола. На щастя, ця зона не була щільно населена (проте евакуація все одно знадобилася, а деякі острови досі залишаються надто забрудненими для проживання людей)».

    ТЕКСТ: Едвард Фрідман,
    Володимир Моторний
    Фото: pexels, shutterstock
    Статті
    Промо
    Проєкт інтелект. Воєнний сезон. Епізод 5: NFT та Україна

    Чи можна написати «Проєкт інтелект» на гривні й продати за мільйони доларів як NFT?

    Людина
    Від батька до сина: що таке генеалогія і як досліджувати свій рід

    Що таке ДНК-генеалогія і як далеко кожний з нас може просунутися у вивченні свого роду?

    Наука
    Екологічно чиста отрута: уривок з книжки «Зоологічна екскурсія супермаркетом»

    Чому краще утриматися від «дикого» промислу морепродуктів, особливо у водоймах, де цвіте вода?

    Наука
    Передумови приходу диктаторів до влади: Італія, Німеччина, РФ

    Що стало передумовами приходу диктаторів до влади на прикладі фашистської Італії, нацистської Німеччини та путінської росії? Розповідає співавтор і ведучий каналу «Історія Без Міфів» Владлен Мараєв.

    Людина
    Як кожен з нас може подякувати військовим і допомогти їм з адаптацією

    Як змінюється світосприйняття військових і що ми можемо зробити, аби висловити їм вдячність і допомогти в адаптації до мирного життя?

    Біологія
    Не тільки в історії. Який слід залишить війна в наших генах

    Як війни, голод та важкі психологічні травми залишають слід у геномі людини й чи можемо ми на це якось повпливати?