Оберегающая концепция технического прогресса

и ядерная энергия.

Гарапов А.Ф.

(Стендовый доклад на 4-ой Всероссийской научной конференции, посвященной 250-летию МГУ «Физические проблемы экологии (экологическая физика)» проходившей в Московском госуниверситете с 22 по 24 июня 2004 г. Тезисы опубликованы в сборнике конференции, издательство МГУ, Москва, 2004г)

Энергетический кризис в начале 1970-х годов выявил исчерпаемость ископаемых источников энергии -нефти, возник вопрос об новых источниках энергии. Но сейчас во многом стало ясно, что дело заключается не в том, чтобы просто заменить один источник другим как например, происходило при возникновение паровых машин или при переходе от дров к углю или нефти, а в том, что энергетическая проблема это лишь часть, хотя и важная, того глобального кризиса, в котором оказалась цивилизация. Конец 20 века поистине является концом целой эпохи. И как всегда было в истории человечества и вообще в истории природы смена эпох сопровождалось глобальными катастрофами в которых погибала большая часть того, что составляло основу предыдущей эпохи. Надежда лишь на то, что свободный творческий дух человека все-таки достиг хоть малой степени того, что называется гуманизмом и гармонией отношений с природой, с космосом и с самим собой, и сможет избежать краха.

Картины надвигающейся экологической катастрофы возникают по всему земному шару, но это лишь явное проявление того внутреннего кризиса духа Западной цивилизации, которому уже много веков. Энергетические силовые установки в том числе и ядерное оружие являются несущей конструкцией сегодняшнего здания технократии, которое необходимо преобразовать. Опыт показывает, что нынешние источники энергии являются в основном ископаемыми ресурсами Земли и при их использовании происходят не только полезные для человека преобразования, но и разрушение природы и исчерпание ресурсов. Разрушения обрели столь большие масштабы, что правительства принимают различные международные соглашения по ограничению их, к примеру, рамочные соглашения по климату, против кислотных дождей и т.д.

Энергетические процессы в руках человека не только созидание, но и разрушение биосферы. Или по терминологии физики негэнтропийный и энтропийный процессы. Если возьмем ядерные процессы в природе, на Солнце или по некоторым предположениям в глубинах Земли, то они надежно ограждены от биосферы большим расстоянием в Космосе и толщей Земли. В качестве иллюстрации выше сказанного можем привести числовые расчеты энтропийных и негоэнтропийных процессов, разрушения и созидания при использование ядерной энергии.

В природе происходят перенос вешества, заряда, энергетические процессы, информационные, энтропийные процессы [1]. Причем они, конечно неразделимы и составляют единый процесс, который и называется природой. Нас интересуют энерго-энтропийные процессы в природных системах Солнце-Земля, а также в искусственных системах установка ядерного синтеза (распада) – Земля.

Рассматриваем указанные системы (в отдельности) как единое целое и, как отмечают авторы, в этом случае наиболее общей характеристикой для систем, в плане её устойчивости к внешнему влиянию, адаптивности и т.д. является в теории систем (системологии) энтропия, или ещё называют её, исходя из первоисточника образования понятия из физики, физической энтропией [2]. Причем, физическая энтропия зависит не только от энергетических процессов, но может и опосредованно зависеть от организованности системы. Нас интересует изменение, прирост энтропии ΔS, как меры неорганизованности, хаоса, как мера разрушения, неопределенности вносимое в систему при энергетических процессах в системе, воспользуемся формулой:

ΔS=ΔE/T (1)

где Т - связанно с квадратом скорости изменения системы в пространстве состояний или понимается как температура системы [2];

ΔE - фактор, способный изменить Т, или энергия, тепло сообщаемое, изменяемое в системе.

Рассматриваемые нами энергетические процессы имеют своим источником ядерные процессы - распад ядра (цепная реакция в топливе АЭС и в атомной бомбе), синтез ядер (термоядерные реакции в водородной бомбе, на проектируемых термоядерных установках и, по предположениям, на Солнце и звездах). Таким образом можно воспользоваться квантовомеханическими законами при оценке энергетических процессов, в частности соотношением неопределенности Гейзенберга:

ΔE * Δt ≥ h (2)

где ΔЕ - разброс энергии, Δt –время, в нашем случае, энергетического процесса, h -постоянная Планка.

Исходя из сопоставления (1) и (2) можно ввести величину ΔS; и назовем её выбросом энтропии:

ΔS=h/(T*Δt) (3)

Оценим энерго-энтропийные процессы в природной системе Солнце -Земля, ядерные реакции распада и синтеза в искусственной системе техническая установка - Земля. Исходя из предположения, что температура примерно одинаковая, по крайней мере по порядку, получается ΔS~сonst/ Δt.

Для атомной бомбы время энергетического цикла можно оценить по времени жизни нейтрона до его поглощения ураном, или его ещё называют временем генерации Δt=10^-8 c, выброс энтропии ΔS ~ 10⁸ .[3]

Для водородной бомбы, время свободного пробега до слияния Δt=10^-9c, выброс ΔS~10⁹.

Для цепной реакции в реакторе АЭС Δt берем равным времени жизни поколения нейтронов (энергетический цикл) Δt=0.1c, тогда выброс энтропии ΔS ~10.

Для синтеза в термоядерных установках исходим из оценки авторов [3] того, что высвобождаемая энергия в единице объема за единицу времени имеет вид: W=R*G* Δt. Где R- число актов слияния в единицу времени в единице объема, G -выделяемая энергия при слиянии. При числе частиц в 1 куб. см n=10¹⁵, температуре =100кэВ в реакции слияния дейтрона с тритоном (G=17.6 MэВ) будет выделятся энергия, примерна равная 10³ Вт/(см³.с).

Причем надо учесть, что в термоядерной установке должны соблюдаться условия для самоподдерживающейся плазмы, т.е. плазма должна быть нагрета до требуемых температур, плотность плазмы достаточно высокой, температура и плотность должны поддерживаться в течение длительного интервала времени, математически это можно записать через известный критерий Лоусона [3], ниже которого реакция самовоспроизводимого синтеза исчезает, к примеру для реакции слияния дейтрона с тритоном он выглядит так:

n *Δt>10¹⁴ при Т=10 кэВ. (4)

Тогда можно получить для реакции термоядерного синтеза оценочное время свободного пробега (энергетический цикл) примерно Δt=1c, выброс энтропии равен ΔS~1.

С другой стороны уменьшение этого времени приводит к выбросу энтропии, к взрыву. Можно ли разрешить это противоречие в земных условиях? Пока что эксперименты с 1950-х годов дают отрицательный результат. А возможен ли положительный?

В Космосе, на Солнце предположительно, происходит реакция синтеза водорода, фотон от центра Солнца путем многократного переизлучения идет до поверхности 1 млн. лет, а от поверхности Солнца до Земли более 8 минут [4], время можно оценить величиной Δt=10²³ c (отметим, что ядерное время равно =10^-23с, наблюдается какая-та симметрия), тогда ΔS~10^-23.

Система	Земля - взрыв атомной бомбы	Земля – взрыв водородной бомбы	Земля - АЭС	Земля – термоядерная установка	Земля – Солнце
Выброс энтропии ΔS	ΔS ~ 10^8	ΔS~10^9.	ΔS~10.	ΔS~1.	ΔS~10^-23.

Таким образом, энергия от Солнца наиболее упорядоченная. Отношение упорядоченности солнечной энергии к упорядоченности энергии ядерных установок выше на несколько порядков, чем отношение упорядоченности энергии ядерных установок к упорядоченности энергии взрыва ядерных бомб. Другими словами, для Солнца функционирование АЭС тоже самое, что для АЭС взрыв ядерной бомбы. Человеку еще очень далеко до гармоничных природных ядерных процессов на Солнце.

Ядерную энергетику можно оценить по различным другим критериям, к примеру, энергии нетто, экологическая эффективности, социально экономической эффективности. Путем анализа приходим к выводу [5], что оценки по этим критериям явно не в пользу АЭС. Необходимо отметить, что в последнее время в мире постепенно складывается новая не технократическая оберегающая концепция технического прогресса, которая, по нашему мнению [5], включает в себя три принципа:

1-й принцип- принцип цели развития: разрабатывать и внедрять только ту технологию, которая способствует духовному, материальному развитию человека, общества, человечества;

2-й принцип -"не повреди": технология не должна наносить ущерб природе, разрушать здоровье человека, его культуру, здоровье и культуру общества. (Например, прокладывая дорогу, необходимо сохранять памятники истории, культуры и т.д.; затопление реками при строительстве ГЭС древних мест поселения, исторических памятников, культурного ареала народа, нации - нарушение этого принципа);

3-й принцип-принцип замкнутости, безотходности: технология должна быть безотходной, причем в технологический цикл должно входить и потребление, т.е. после использования вещь или предмет необходимо снова пустить в оборот.

Заметим, что из 3-го принципа вытекает требование энергосбережения и ресурсосбережения.

Атомные электростанции не удовлетворяют ни одному из принципов:

1) принципу цели развития, поскольку АЭС работают на ископаемом топливе (уран), запасы которого ограничены, то развитие энергетики по этому пути является тупиковым и не способствует совершенствованию человеческого общества;

2) принципу "не повреди", т.к. их эксплуатация сопровождается постоянными авариями и нет гарантии, что не повторится катастрофа типа Чернобыльской;

3) принципу замкнутости, безотходности- поскольку требуется огромное количество воды и воздуха, производятся и накапливаются вредные и самые опасные отходы, в том числе радиоактивные, за которыми к тому же необходимо вести контроль сотни и даже тысячи лет.

Как легко заметить, энергетика на возобновляемых источниках отвечает всем трем принципам, чего нельзя сказать о термоядерной энергетике.

Термоядерная энергетика все так же традиционно опирается на ископаемые ресурсы, но они такие же "неисчерпаемые", как ими в свое время казались неисчерпаемыми на Земле нефть и т.д., причем надо иметь в виду, что выработка тяжелой воды вовлекает в технологический процесс большие объемы ценного и также исчерпаемого ресурса -природной чистой воды, и самое главное в самом подходе сохраняется экспансивный, технократический принцип -бесконечный процесс все большего и большего потребления энергии, вещества, материи и т.д. -"покорения природы", так что и здесь разрушение гармонии, а значит и устойчивого развития человека т.е. термоядерная энергетика не удовлетворяет 1-му принципу. А по остальным принципам так же, как и для АЭС: опасность серьезных аварий, разрушений сохраняется; отходы, в том числе радиоактивные, также представляют и здесь большую проблему и т.д.

Таким образом, и термоядерная энергетика, по крайней мере в нынешней его модели, не является по нашему мнению энергетикой будущего. Будущее в первую очередь конечно за энергосберегающими технологиями, в качестве источников - возобновляемые источники или другие какие-то новые источники, о которых появляются сообщения. К примеру, безуглеродная энергетика, холодный термоядерный синтез. Что касается холодного термоядерного синтеза, о котором в последнее время ходит много противоречивых толков, то здесь необходимо провести открытые объективные исследования, исключающие какие либо корпоративные интересы.

Литература.

1. Митюгов В.В. Физические основы теории информации. М., "Сов. радио",1976.

2. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Проблемы системологии (проблемы теории сложных систем). С предисловием акад. Глушкова В.М., «Сов. радио», 1976.

3. Г.Фрауэнфельдер, Э.Хенли. Субатомная физика. М., изд-во «Мир», 1979г. пер. с англ.: H.Frauenfelder, E.Henley. Subatomic physics. New Jersey 1974.

4. Физика космоса: Маленькая энциклопедия . / Ред. коллегия Р.А. Сюняев и др.-М.: Сов. Энциклопедия., 1986.

5. Гарапов А.Ф. Технический прогресс: атомные электростанции или возобновляемые источники энергии. (сб. статей "На путях к духовно экологической цивилизации (Евразийский проект)". Казань, изд-во «Карпол», 1996.).

6. Гарапов А.Ф. Оберегающая концепция технического прогресса и ядерная энергия. Журнал «Третий путь», Нижний Новгород, №36

Гарапов А.Ф. 420034 Казань а/я 90