«О перспективах развития биотехнологии утилизации жидких ядерных отходов» доклад кандидата физико-математических наук, академика РАЕН, руководителя Инновационного центра Физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Аллы (Альбины) Александровны Корниловой на секции «Ядерная физика в решении глобальных экологических проблем» научно-практической конференции «Экологические угрозы и национальная безопасность России», которая прошла в Москве в Международном независимом эколого-политологическом университете имени Н.Н. Моисеева (Академия МНЭПУ) 14−16 сентября 2016 года.
Прежде всего я хотела бы поблагодарить Московский независимый эколого-политологический университет и информационное агентство REGNUM за организацию конференции, которая позволила узнать об удивительными научных разработках и лично познакомиться с их авторами.
До того как приступить к теме доклада, я хотела бы рассказать о своем научном коллективе, о том как я столкнулась миром низкоэнергетических ядерных реакций и об истоках идеи о возможности таких реакций в живых системах.
Наша лаборатория — мессбауэровская лаборатория Кафедры физики твердого тела физики твердого тела Физического факультета Московского университета. Рудольф Мёссбауэр — лауреат Нобелевской премии по физике 1961 года, которую он получил за прямое экспериментальное подтверждение ядерного резонансного поглощения гамма-лучей без отдачи.
В 1989 году, сразу после сенсационного заявления знаменитого английского электрохимика Мартина Флейшмана и его американского коллеги Стенли Понса о том, что им удалось создать реактор холодного синтеза, к нам в лабораторию пришли официальные представители Кремля, которые курировали науку, и поручили провести серию исследований и показать, имеет место низкотемпературный синтез, о котором заявили авторы, либо его нет.
Лаборатория была поставлена в очень тяжелое положение, потому что каждый день приезжали представители Академии наук, чиновники, представители спецслужб, которые курировали науку, приезжали специалисты, которые занимались информационным сопровождением, — съемки велись каждый день. Люди работали по ночам.
В те годы я не была включена в команду, которая проверяла заявления Флейшмана и Понса, а занималась тепловыми эффектами, эффектами Мёссбауэра. Но периодически спрашивали представители государственных органов:
«Расскажите, что там должно быть по физике».
Таким образом, в процессе многочисленных обсуждений у меня у самой появилась мысль: если я владею уникальным инструментом — мёссбауровской спектроскопией — то не смогу ли как-то применить его для решения задачи экспериментальной проверки существования холодного синтеза.
Здесь необходимо отметить, что мы в данном случае все время говорим об атомных ядрах. Мне было приятно, когда на недавней встрече в «Росатоме» с заместителем Сергея Кириенко, он меня спросил:
«Алла Александровна, мы будет говорить об изотопной ядерной физике или просто об атомной?».
Понимаете, это говорит о том, что мы все время должны ориентироваться именно на ядерные исследования. То есть мы должны следить за ядром и фиксировать, что появилось некое новое ядро.
А эффект Мёссбауэра — это самый надежный из сегодня существующих методов решения задачи обнаружения в эксперименте появления нового ядра. Лучше всего было бы для чистоты доказательства существования холодного синтеза получить какой-нибудь экзотический изотоп, редко встречающийся в природе, например, ядро изотопа железа-57.
Исключительная надежность обнаружения появления этого мессбауэревского изотопа железа-57, у которого на один нейтрон больше, чем у обычного железа-56, как раз и позволила мне понять, как можно использовать этот уникальный инструмент.
Ситуация в таблице Менделеева такова: у железа всего пять изотопов, а вот перед железом в ряду стоит моноизотоп марганца-55, другого изотопа у марганца нет. Представляете, какой подарок? Значит, если 55 плюс один протон — я получаю железо-56, а если я вместо обычной воды возьму тяжелую, дейтерированную, то есть добавлю к ядру марганца один протон и один нейтрон, то обнаружу то самый редкий изотоп железа-57.
Если рассказывать о том, как строились эти исследования, могу сказать одно: неживая природа в тот момент мне не подарила подарков. Это были полимерные мембраны, это были любые динамически развивающиеся структуры — ничего не получалось. Но поскольку я твердотельщик, мы знаем, что палладий и титан — это материалы, в которых если и образуются какие-то дефекты, то они клинообразные. А клин — это всегда разные расстояния, где всегда что-то может происходить.
При этом все, кто занимаются водородом, хорошо знают, что любой материал быстро «наводораживается», но очень долго выдает назад свой водород. В связи с этим все опыты, которые связаны были с повторением эффекта Флейшмана и Понса, не получались благополучно. Потому что первый эффект обнаружения нейтронов был, а, скажем, со временем, пытаясь повторить те же эффекты, не заменяли электрод палладия, и эффект не повторялся. Было очень много ошибок, и мне очень жаль, что тогда мы не все понимали, и так быстро развалился весь процесс поиска нового эффекта и нового явления. И в общем-то это все завело всех, конечно, в этот тупик длительный — непризнание возможности синтеза, ну как теперь говорят, при комнатной температуре, при низких энергиях.
Я вообще специалист по жизнеобеспечивающим технологиям, поэтому я работала очень плотно с институтом эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи, в котором мне посчастливилось работать с очень важным специалистом — это действительно был подарок жизненный для меня. Это был Самойленко Игорь Иннокентьевич, который отвечал за все вопросы, связанные со стерилизацией ‑ и медицинских инструментов, и лекарств, и одежды, и поэтому он очень хорошо знал, в каких условиях культура будет расти даже тогда, когда ей создали угнетающие условия.
И вот эту идею получения эффекта трансмутации в живой культуре, растущей культуре, может быть, я бы сразу и не реализовала, если бы у меня в тот момент не было фактически этой уникальной команды. Получилось так, что такая команда собралась — может быть, такой успех нам дарят сверху.
Значит, в первом же опыте, действительно при использовании жизнеугнетающего фактора, наличии марганца и тяжелой воды эффект пошел. И мы сразу обнаружили железо-57, но поверить в это было очень трудно, как-то сразу возникла масса вопросов. И к счастью, у меня уже была работа с теоретиком Владимиром Ивановичем Высоцким в это время, по другой тематике, и мы с ним стали очень много и долго раздумывать. Раздумья нас привели в историю. То есть мы действительно нашли труды Шредингера—Робертсона, как я теперь ее называю, динамическую квантовую механику.
Вернеру Гейзенбергу было легко, потому что он написал уравнение движения, внес туда все признанные в обычной физике эффекты: тот же самый закон Кулона, принцип Ван-дер-Вальса — и у него легко просчитались все формулы аналитически, и пошла та самая ядерная физика, которую мы с вами знаем и которую мы долго изучаем. А вот динамическая, там, где потенциальные ямы нестандартные, динамические, она была описана Робертсоном и Шредингером, но в аналитике было очень трудно. Компьютеров не было, решить задачу до конца — невозможно. И тем не менее Высоцкий, он, знаете, такой — если он схватился, то доведет дело до конца.
И я могу сказать, что даже эта квантовая механика уже была поставлена на нужный уровень, мы уже стали все понимать, что делается в ядерной физике в таких развивающихся структурах. Это не только биологические структуры, но и, скажем, пузыри, но пузыри специально сформированные, определенного размера, с нужной плотностью — это тоже все среды, в которых будут проходить такие эффекты.
Но до этого еще было далеко и долго. Пока мы сосредоточились только на том, чтобы в любом случае доказать научному сообществу, как производится и как получается этот изотоп железа-57. Это были четыре разные биологические культуры. То есть мы должны были показать многообразие биологических структур, мы должны были показать, что эффект получения хелеза-57 идет очень устойчиво. Даже если мы делаем закладку в одну пробирку, где должен идти эффект, то всегда должно быть три контроля. Это требование любого нормального чистого эксперимента, который проверка обязательно должна сопровождать.
Я могу сказать, что работали сразу, действительно, четыре лаборатории. Могу напомнить, что это были, как я уже сказала, Институт Гамалеи, потом это был почвенный институт Академии Наук — мощнейшие микробиологи, которые работают с почвой на больших глубинах, умеют это тщательно и хорошо делать, потом Институт биохимии Баха и биологический факультет МГУ.
Понимаете, это то, что должен делать любой ученый. Если вы видите, что есть какой-то эффект, надо себя проверять многократно, надо работать с профессионалами, со специалистами. Не обязательно им до конца рассказывать картину, но чтобы они могли воспроизвести, сделать то, что нужно для эксперимента. Конечно, всегда был эффект Мёссбауэра, всегда были масс-спектрометрические исследования. Это большой комплекс исследований, и в какой-то момент мы поняли, что действительно все получается.
Вы спросите, как мы это делали? Вы знаете, был такой энтузиазм, что никто не спрашивал деньги. Работали и так, и без денег, и с деньгами. Деньги тоже были, параллельно мы все-таки другие работы делали, немножко где-то оплачивали что-то. Ясно, что это в любом случае работа — холодный синтез, в любое время меня могли остановить и сказать: «Чем ты там занимаешься?» Поэтому в какой-то момент, когда нам удалось заработать деньги, мы за свои средства купили мессбауэровский спектрометр и поставили его на физфаке. Мы десять лет оплачиваем мессбауэровские источники только для того, чтобы нас никогда не обвинили, что мы за государственные бюджетные деньги проводим исследования, которые с 1992 года были запрещены. Было специальное постановление — не использовать государственные средства для проведения работ по холодному синтезу.
Надо сказать, что те, кто работали в холодном синтезе, меня не принимали, потому что я же не занимаюсь водородом, понимаете, там водород—дейтерий и палладий—титан. С другой стороны, биология. А где-то надо про это рассказывать.
Почему мы сделали патент? Вы знаете, изначально даже был просто препринт, который до сегодняшнего дня есть в библиотеке имени В.И.Ленина. Именно по этому препринту вышла на меня Ассоциация, научное общество такое швейцарско-немецкое. Я была с первым своим докладом в Германии, выступила перед членами ассоциации, где они меня с большим удовольствием послушали, были довольно рады, но результатов это не принесло больших. Тем не менее, началось какое-то международное обсуждение. Патент — это экономический документ, но для меня это был не экономический документ, мне нужно было показать приоритет. В январе в 1995 года мы получили этот патент. И все же после патента, как это принято, мы направили публикацию в Nature. Отправляем в Nature. Блестящий ответ получили, блестящий:
«Корнилова мессбауэровской спектроскопией занимается более десяти лет. Ее волосы, ее руки накопили этот изотоп, и он попадает вот именно в эту пробирку из четырех!»
Но мне было очень приятно. Понимаете, в чем дело — они не нашли других ошибок. Ведь Nature — это очень жестокая экспертиза, и она не нашла других «ошибок». И даже этот ответ мне было очень приятен.
Вышли тогда на нас из Sandia National Laboratories — это научная структура корпорации Lockheed, специализирующаяся на проблемах ядерной безопасности. Нам прислали огромный положительный отзыв на эти работы. Они за всем следят — и за патентами, и за препринтами.
Таким образом мы оказались в кооперации с теми, кто занимается холодным синтезом. Это огромная команда, сейчас уже будет 20-я международная конференция (ISSF20), где мы идем отдельной строкой — «Биологическая трансмутация». Нас там принимают. Надо отметить, что сегодня уже на конференциях первой строкой идет «Избыточное тепло», а второй — «Биологическая трансмутация». То есть мы уже добрались до ступенек, где нас начинают замечать, прекрасно относятся. Присутствующий здесь мой коллега по работе Сергей Гайдамака был в прошлом году на конференции в Падуе в Италии. 500 участников было на этой конференции по холодному синтезу, вы представляете! На высочайшем уровне проходила конференция, масса докладов, конечно. Многие пытаются сказать, что они тоже что-то в биологии делают, но ошибок очень много. И не понимают всей сути, причины, по которой все это происходит, почему появляются новые элементы. Я просто знаю, что несколько миллиардов евро получили французы, они работали по проблеме Фукусимы. Естественно, что у них ничего не получилось. Правда, потом они мне позвонили, пригласили на консультацию: «Тысячу евро в день платим, только приезжайте». Только это уже было некрасиво — с самого начала надо было пригласить, когда начинали.
К чему я все это рассказываю? Потому что официальное мировое признание отсутствует, но информация уже давно в мире имеется по этой работе. Вот маленький пример. Выступал на конференции в Падуе президент фонда Cherokee Investment Partners Том Дарден, который, кстати, финансирует Андреа России.
А вот посмотрите, что сейчас происходит с холодным синтезом в мире. Это так называемая LENRIA — международная «Экосистема исследований по низкоэнергетическим ядерным реакциям».
Экосистема для исследований низкоэнегетических ядерных реакций LENRIAВ эту систему, как мы видим, совершенно открыто входят государственные структуры (синий цвет) развитых стран — такие, как NASA — американское космическое агентство, U.S. Navy — военно-морской флот США, ImPACT Japan — инновационный центр Японии, ENEA — итальянское Национальное агентство по новым технологиям, энергетике и устойчивому экономическому развитию. Среди научных центров (зелёный цвет) присутствуют Массачусетский технологический институт (MIT), Техасский технологический университет (Texas Tech), Шведский институт энергетических исследований (Energiforsk), итальянский Национальный институт ядерной физики (INFN), японский Императорский университет «Тахоку» в городе Сендай, на базе которого в октябре этого года пройдет 20-я международная конференция по холодному синтезу.
А на укрупненной схеме бизнес-подсистемы (оранжевый цвет) LENRIA мы видим таких гигантов мировой индустрии как Toyota, Mitsubishi, AirBas и Global Energy.
Компаний, которые занимаются в США различным направлениями применения низкоэнергетических ядерных реакций, уже более 500.
Следующая реакции, которые я сделала, тоже были связаны с получением железа — мы же по железу специализировались. Нужно было поставить сумасшедшую цель и сказать:
«Ну, если это закон природы, если он реализуется, давайте в живой природе сделаем следующую реакцию: натрий-23 плюс фосфор-31 и получим железо-54».
У нас его всего 5,4%, давайте его и получим. С легкостью получили! Потому что у нас уже была набита рука, мы уже знали, как это делать.
Время идет, приближается 1996 год. 1996 год — это десять лет проблеме Чернобыля. Почему мы оказались в Чернобыле? Надо привлечь внимание. Раз нельзя шуметь, нельзя публиковаться, нельзя нигде выступать, значит надо делать что-то, что может привлечь внимание. Вот эта работа, о которой рассказал Степан Николаевич (см. доклад С.Н. Андреева «Россия — мировой лидер в исследовании низкоэнергетических ядерных реакций»), и немножко про это было рассказано в рекламном ролике.
Действительно, эта работа была сделана. Действительно, получены все результаты. Выполнялась работа высокопрофессиональными людьми. Руководил ими заместитель директора Института ядерной физики Украины. То есть они действительно имели возможность работать на Чернобыльской АЭС. Получили результаты, мы, очень радостные, их опять публиковали. Но опять никакого внимания это не привлекло! В России мы опять об этом ничего не слышим.
Следующий вариант каким-нибудь образом заставить наше научное сообщество подумать — это было издание книги. Вот она в таком виде, эта книга написана.
Обложка книги Высоцкий В.И., Корнилова А.А. Ядерный синтез и трансмутация изотопов в биологических системах. Москва, «Мир», 2003Это тот пример, когда книга была написана специально под научную экспертизу той самой первой реакции марганца с водородом, когда получили железо-57. Она написана уже с обзором, теорией, скромной еще теорией, и с очень тщательным описанием того, как готовится питательная среда, в каких условиях можно получить, как это можно сделать, разные методы исследования. Когда я пришла в издательство «Мир», там главный редактор — очень грамотный человек и, услышав, какую книгу я ему принесла, он согласился издать. Я ему сказала: «Понимаете, вы — такое издательство известное, вы переводите иностранную литературу. Попробуйте, вот у нас книга с готовым переводом. Издайте мне книжку, только очень красиво». Испанский художник рисовал обложку. Книга вот в таком красивом виде, с ручным переплетом была изготовлена. Ни одной книги никогда не продавали, мы только вручали тем, кому это может быть интересно, кто может прочитать. Эти две книжки я подарила вашему университету.
Эта книга сразу довольно быстро стала переводиться. Книга была переведена на английский язык с очень хорошим профессиональным переводчиком и в 2010 году в издательстве Pentagon Press вышло англоязычное издание нашей книги.
То есть нельзя сказать, что никто не знал об этих работах, уже многие знают.
Важно отметить, что когда мы говорим возможностях биотехнологической трансмутации, то речь идет не об экзотических цезии, стронции и железе-57, а о практически о бесконечной таблице изотопов, которая существенно расширяет периодическую таблицу Менделеева. Посмотрите на черновой набросок будущей изотопной таблицы, в которой каждое пересечение строк и столбцов таблицы дает ответ на вопрос, какой изотоп может быть получен из двух исходных, указанных в названии соответствующего столбца и строки. То есть на самом деле ядерная физика значительно богаче того, что мы о ней слышим и знаем.
Эта таблица получена на основе справочников энерговыгодных реакций ядерного синтеза и — трудов Института геохимии и аналитической химии имени В.И.Вернадского, опубликованных еще в 1937 году в 15 томах под редакцией академика А.П.Виноградова.
Академик Александр Павлович Виноградов (1895–1975), один из создателей русской геохимической школы, участник атомного и космического проектов (создание технологий получения сверхчистого урана и плутония), основоположник направлений геохимии изотопов и биологического фракционирования изотоповВедь Россия сделала невероятные исследования, а именно: изучены были практически все микроорганизмы, разных видов, которые присутствуют на нашей планете. Они тщательным образом исследовались в этом замечательном институте, где собрана вся информация, включая элементный состав каждого микроорганизма, жизнь которого обеспечивается этими микроэлементами. То есть кладезь знаний в России был собран еще в довоенные годы. И мы с вами просто, условно говоря, можем пользоваться этими знаниями, потому что институт до сих пор действует, специалисты там высококвалифицированные. Россия сегодня — самая подготовленная страна для того, чтобы сегодня заниматься подобными исследованиями.
Владимир Иванович Высоцкий сейчас оказался за границей. Уже почти два года с ним не вижусь. Но через Skype мы общаемся почти каждый день. Все-таки хочу сказать, что он, не теряя времени, написал квантовую механику — динамическую, ту самую Шредингера—Робертсона, о которой я сегодня уже сказала. Написал он ее в виде учебника с задачами для студентов. Этот учебник получил премию Т.Г. Шевченко, а Владимир Иванович Высоцкий получил звание заслуженного работника науки.
На какой стадии сейчас мы находимся? Мы находимся на стадии осмысления возможностей той синтрофной ассоциации, которая может храниться долгое время и использоваться в качестве аварийного комплекта, скажем, для аварийных ситуаций или жизненно необходимых ситуаций утилизации жидких радиоактивных отходов. Вот посмотрите, что из себя представляют такой набор. Это вот, в пузырьке, синтрофная ассоциация, а в пробирках — растворы солей и глюкозы, количество которых рассчитано на утилизацию одного литра радиоактивной жидкости, в данном случае цезия-137.
Глубинное захоронение РАО в соляной шахте (Морслебен, Германия) Иллюстрация: edu.strana-rosatom.ru То есть разработана технология для утилизации жидких радиоактивных отходов и проверки всех жизненных способностей высушенной синтрофной ассоциации (или биомассы, как мы ее иногда называем) для того, чтобы действительно активно работать, и, в случае необходимости, можно было использовать в качестве аварийных комплектов.
Теперь несколько слов о состоянии утилизации жидких радиоактивных отходов в мире. Сегодня в мире около 200 АЭС, на которых работают почти 450 атомных блоков. На каждой станции одна и та же проблема: что делать с подреакторной водой и другими жидкими радиоактивными отходами?
Многие АЭС приближаются к возрасту 50 лет, начиная с того времени, как мы стали использовать в промышленных масштабах ядерную энергетику. Каждый реактор был сертифицирован и ему давалась гарантия безопасной работы на 30 лет. Многие из них эксплуатируются уже намного дольше, чем 30 лет. Поэтому мы приближаемся к тому моменту, когда многие АЭС неизбежно придется выводить из эксплуатации. И основная проблема при выводе атомного блока из эксплуатации — это, конечно же, проблема утилизации жидких радиоактивные отходы. Что сегодня называют утилизацией? Жидкие радиоактивные отходы помещают в бочки из нержавейки, причем из очень хорошей нержавейки, так как она не должна оксидировать и не должна коррозировать. Это дорогостоящий металл.
Для теплоотвода используются наружные бочки из дорогостоящей меди. И только потом их закрывают некрасивым каким-то металлом с расписанными сроками утилизации. Представьте себе, что ни один реактор не может быть вывезен в Европе с территории, на которой работает атомная станция. Бочки с жидкими радиоактивными отходами складируются на территории АЭС и образуют целые горы.
Хранилище жидких радиоактивных отходовНапример, во Франции — 50 реакторов. Это значит, что во Франции скопилось 50 гор таких бочек. Не лучше ситуация и в Соединенных Штатах — у них 100 реакторов, у нас — порядка сорока. То есть каждая страна, у которой есть АЭС, имеет проблему с утилизацией жидких радиоактивных отходов. Значит, если хотя бы на половину уменьшить эту долю — и мы уже с вами в победителях. Естественно, для каждого реактора будут создаваться специально настроенные синтрофные ассоциации, позволяющие очистить радиоактивную воду с определенным набором изотопов.
Недавно я получила информацию из французской компании Areva о том, что Великобритания заплатила ей несколько миллиардов евро за разгерметизацию и вывод из эксплуатации восьми реакторов. Понимаете, сколько это стоит в принципе? Это очень дорогостоящие мероприятия.
Платиковые резервуары с радиоактивной водой на площадке японской АЭС ФукусимаВторая информация, которая тоже может быть интересна: 60% бюджета Швеции, благополучной страны, формируется за счет утилизации ядерных отходов. Как Швеция это делает? Она строит хранилища в скальных породах под Балтийским морем на глубине 500 метров и просто складирует радиоактивные отходы — так же, как это делают американцы в центре своей территории.
Если бы Россия могла подключиться на нужном уровне, мы могли бы очень высоко поднять нашу экономическую составляющую только за счет того, что могли бы взять на себя право применения, внедрения, международного использования тех технологий, о которых сегодня мои соавторы и коллеги рассказали.
Хотелось бы еще рассказать про то, как Массачусетский технологический институт, а сегодня это университет № 1 в мире, в котором на данный момент работают 35 нобелевских лауреатов, в марте 2014 года провел конференцию, посвященную 25-летию открытия холодного синтеза (25th Anniversary of Cold Fusion at MIT Sees Major Progress Toward Real Energy Solutions). Наша работа там докладывалась, включая теоретическое обоснование, в очень полном объеме.
Я не думаю, что сегодняшним нашим слушателям нужно рассказывать какие-то подробности динамической квантовой механики или эффекта Мёссбауэра, потому что, если потребуется, я всегда доступна — я работаю в Московском университете на физфаке.
Я не буду ругать наших академиков, нашу научную элиту за отношение к холодному синтезу. Лучше я вам приведу два высказывания Эрнеста Резерфорда, основателя ядерной физики, атомной физики. В 1930 году в ответ на вопрос журналиста о перспективе использования энергии ядра Резерфорд заявил:
«Расщепление атома — это всего лишь наиболее элегантный эксперимент. Элегантность его в том и состоит, что он не имеет никакого практического применения».
А в 1937 году перед ним поставили вопрос:
«Как вы думаете, когда открытая вами ядерная энергия найдет практическое применение?» Резерфорд коротко ответил: «Никогда!»
Это Резерфорд, и ему не было стыдно ошибаться. А почему наши должны стыдиться? Если кто-то что-то не понял — давайте разбираться. Я призываю всех к совместному коллективному мышлению, получению всех сведений, всех аномалий, которые могут появиться в вашей работе. Если вы работали и что-то у вас не складывалось, никогда не бросайте, доводите дело до конца. В любом случае, это связано с каким-то открытием, потому что грамотному человеку в его мысли не закладываются случайности. Верьте в это! Спасибо всем за внимание.