С самого начала существования цивилизации существует два принципиальных пути решения – с помощью расчетов, используя имеющиеся немногочисленные экспериментальные данные и используя формулы законов природы (расчеты), и с помощью экспериментов, когда большая масса экспериментальных данных делает формулы ненужными (эксперименты).

Тот факт, что решение существует, не подвергается сомнению.

Например, когда алхимик пытался получить живое существо из неживых материалов, он совершенно точно знал, что живой организм состоит из неживой материи, и правильное соотношение компонентов позволит ему получить любое живое существо, включая человека. 

От ресторанной салфетки до квантового компьютера 

Широко распространена Легенда о том, что Энрико Ферми сидя в ресторане рассчитал свой первый ядерный реактор. Когда закончились салфетки с его столика, он использовал салфетки с ближайших столиков.

Точность расчета оказалась примерно 90-95%. Ферми правильно рассчитал шаг графитовой решетки (21 см), обеспечивающий минимальную критическую массу. Однако, вместо примерно правильного шара диаметром 7 метров, реактор получился «репкой» 7 м в диаметре и 6 метров в высоту.

2 декабря 2022 года будет юбилей 80 лет осуществления самоподдерживающейся цепной ядерной реакции деления. Первый на планете реактор подтвердил правильность ядерно-физических расчетов.

Промышленные реакторы для наработки плутония, построенные в 1944, имели шаг решетки 20 см и порядка 1000 каналов. Точность расчета была ~10 каналов, то есть порядка 99%.

Реактор БН-600 имеет 370 ТВС, и точность расчета составила 1 ТВС. Это точность 99,7%. 

Расчеты без сомнений 

Большинство сомнений в правильности Теории Относительности Эйнштейна, созданной в 1905 году, и получившей первые подтверждения в 1926 году, были рассеяны в 1942 году. 

16 июля 1945 года все сомнения относительно ТО рассеялись вместе с атомарными осколками деления первого в истории человечества ядерного взрыва из рукотворного плутония. 

Специалисты по ядерно-физическим расчетам стали популярнее, чем звёзды киноэкрана. Зарплаты физиков-расчетчиков были космическими. 

В правильности ядерно-физических расчетов не было сомнений до 29.03.1979, когда произошло расплавление части активной зоны реактора 0,7 ГВтэ в Пенсильвании. Несомненно, это следствие грубой ошибки в ядерно-физическом расчете. Престиж ядерщика резко упал. 

В 1984 оператор 6 разряда ПГМК (Шевченко, Казахская АССР), который крутил штурвалы задвижек на урановом производстве, получал 600-800 рублей, начальник цеха от 900 рублей. В то же время, зарплата физика-расчетчика в НИИАР не превышала 230 рублей. 

Вторичное сомнение в умении проводить ядерно-физические расчеты появилось 24.07.1986, когда взорвался Чернобыль. 

11.03.2011 не осталось сомнений, что физики-ядерщики не умеют правильно рассчитывать реакторы. Один за другим взорвались 4 реактора и было разрушено пристанционное хранилище ОТВС. 

Многие специалисты в эти дни потеряли лицо, успев заявить после цунами, что ничего страшного не произойдет. Но большинство спецов с ужасом ждало неминуемых взрывов. 

Это невозможно рассчитать 

Первый раз семена сомнений в возможности ядерно-физических расчетов посеяли во мне специалисты, которые занимаются этими расчетами. 1992 год. Ответ был неожиданным, и для человека, придерживающегося материалистических взглядов, скорее шокирующим – «это невозможно рассчитать». 

Примерно так мне говорила бабушка, когда я спрашивал у неё, где во время грозы ударит следующая молния - Это знает только сам Бог. 

Но материалисты предоставили мне материальные доказательства невозможности расчета, и отказались выполнять расчеты.

Элементарная формула расчета скорости трансмутации одного нуклида в другой, в результате нейтронных реакций, (поток нейтронов с нужной энергией, умноженный на вероятность реакции и количество исходных атомов), основывается минимум на трех неопределенностях. 

Точно определить количество нужных атомов в том месте, где имеется нейтронный поток, непросто, но химия с 1930-х годов научилась это делать с высокой точностью. Химия дает материалы с содержанием основного вещества 99%, 99,9%, и даже 99,9999%.

Поток (количество в единицу времени) нейтронов с нужной энергией можно найти из графика распределения энергии нейтронов вынужденного деления. Первые такие графики были получены к середине 1940-х годов. 

Для тепловых нейтронов, вызывающих вынужденное деление ядра, такие графики есть в справочниках ядерно-физических величин. Но для нейтронов более высоких энергий, графики не приводятся. Есть только ссылка, что количество вторичных нейтронов увеличивается на ~0,15 на каждый МэВ увеличения энергии набегающего нейтрона. Дополнительная энергия, внесенная нейтроном, повышает выход осколков деления в седловине двугорбой кривой, и понижает горбы.

Вероятность ядерной реакции деления (сечение ядерной реакции), нейтрона с тяжелыми ядрами, в зависимости от энергии нейтрона, относительно монотонно снижается до энергии ~1 эВ для U-235, до ~5 эВ для U-238, до ~0,1 эВ для Pu-239 и Pu-241. Далее монотонное падение вероятности прекращается, а примерно с 5 МэВ начинается область резонансных сечений, где пики поднимаются на 4-6 порядков [смотри рис. 40.1 – 40.4, стр. 1092, справочник ФВ].

Особенно сильно изменяются сечения урана-238 – более, чем на 10 порядков.

- Ты умеешь умножать два графика друг на друга, как это требует формула? Никто не умеет. Плюс нужно учитывать замедление нейтронов, поглощение нейтронов другими ядрами, другие ядерные реакции на тяжелых ядрах.

- Какая неопределенность получается при таких расчетах?

- В разы или даже на порядки в обе стороны от искомой величины.

- Как же вы считаете накопление радионуклидов?

- Во-первых, мы считаем накопление только одного радионуклида, за который нам платит заказчик. Во-вторых, все эти расчеты основаны на эмпирических данных, которые мы получаем от радиохимии, которая для нас является заказчиком.

- Так это вовсе не ядерно-физический расчет. Вы пересчитываете полученные радиохимией величины, с учетом разного потока в разных компаниях.

- Всё правильно понял. Теперь понятно, почему расчётчик не может рассчитать накопление других радионуклидных примесей в облученном материале?

- Более чем. Пока я сам не измерю величину накопления примеси, никакой ядерно-физический расчет невозможен.

На следующий день Шеф философски выслушал откровения от меня (от сотрудника).

- Ты как первокурсница. Только сейчас понял, что все деньги зарабатываются благодаря твоей красоте и обаянию, из твоего кармана и на твоем горбу. У нас один с сошкой и двадцать семь с ложкой – такова специфика атомной промышленности.

Сравни, сколько персонала работает на аналогичном предприятии в Курляндии? На полпорядка меньше. Там соотношение один с сошкой – семеро с ложкой. Это неплохое соотношение для современного производства и потребительского общества.

Моё поколение вырастило огромный сад под названием атомная наука. Сегодняшнее поколение пользуется нашими плодами. Пахать целину и таскать на гору ведра на полив деревьев, физически и психологически намного труднее, чем груши околачивать. Вам не понять, сколько умственных и физических усилий было потрачено нашим поколением, и поколениями наших отцов. При этом мяса и фруктов почти не было, а ели картошку не досыта. 

Расчеты в радиохимии 

Всем известно высказывание Ломоносова, что материя не исчезает в никуда, и не возникает ниоткуда. Элемент не может быть создан в результате химической реакции. Если где-то что-то убыло, то обязательно в другом месте прибыло.

формулы, используемые при расчетах реагентов для растворения ОЯТ, намного сложнее, чем в обычной химии. Кроме того, что образуется смесь различных валентных форм одного и того же элемента, реагент разрушается и стехиометрия химических уравнений нарушается.

Кроме того, необходимо подавлять образование водорода. Кроме того, необходимо защитить оборудование от растворения. И еще много других химических, теплофизических и электрохимических нюансов.

Практики радиохимики пользуются так называемыми полуэмпирическими формулами, которые учитывают эти нюансы, плюс расчетный запас сверх стехиометрии. Эти формулы очень сильно отличаются от обычных химических уравнений.

Научные работы, в подавляющем большинстве, проводятся с чистыми ядерными материалами, и результаты работ необходимо корректировать для разработки реальных процессов.

Например, для экспериментов используется обедненный уран, имеющий вдвое меньшую удельную активность и в десятки раз меньшую активность протактиния, радия, радона. Эти работы полезны для понимания происходящих процессов, и результаты работ могут быть напрямую использованы в промышленных технологиях, если радиохимик умеет учитывать влияние радиоактивного излучения на технологический процесс.

Научные работы с имитаторами ЯМ, очень популярные в 2010-х, например РЗЭ вместо ТПЭ, в большинстве случаев лишь отвлекают специалистов от работы. 

(Полу)эмпирические формулы и расчеты 

При ядерных превращениях элементы исчезают и появляются другие элементы. Это называется трансмутация.

Химически пассивные соединения превращаются вгорячие атомы элементов всех периодов периодической системы элементов, - в газы, в агрессивные щелочные металлы, в агрессивные галогены и др. Расчет накопления осколочных агрессивных элементов особенно важен для безопасной работы ядерного топлива, для дальнейшего временного хранения ОЯТ, для окончательного захоронения ОЯТ.

Сложнейшей работой является подбор материалов (присадок и добавок), нейтрализующих вредное влияние осколочных элементов на коррозионную стойкость материалов топливного сердечника и оболочки твэл.

Эмпирические формулы ядерно-физических расчетов – это труд радиохимиков нескольких поколений. Это и не расчет, и это не эксперимент. Это результат сложной и опасной работы участка, цеха, целого химического комбината. Это экспериментальный график, полученный на производстве и выделении ядерных материалов. Это и есть та «формула», за которой охотится агентура, которая вовсе и не формула в физическом смысле. Математическое название этой формулы – полином.

Подгонка результатов эксперимента разложением в полином – это на 99% экспериментальная работа, и на 1% работа математика.

Эмпирические формулы – это третий вариант решения задачи (которая имеет решение). По ценности – это самое дорогое решение, но оно же и самое верное, точное, правильное решение. Но пока не создано производство, не может быть и решения.Расчет при решение такой сложной задачи может дать лишь качественный ответ – решаема или нерешаема задача. Расчетом можно лишь доказать невозможность решения, если учитывать, что положительный результат расчета требует обязательной проверки на промышленных масштабах производства. Расчетное доказательство невозможности решения особенно сложных задач, как например ЗЯТЦ БР, позволяет экономить сотни миллиардов и триллионы на промышленных проверках гипотез.

Как говорят в Китае – ничто так не сильно не развивает научную мысль, как крупномасштабное производство. Если собирать эмпирические формулы со всего мира и создавать своё производство, то получаем китайский феномен стремительного роста экономики, производящей самые высокотехнологичные товары. 

Расчет или эмпирика 

Ядерно-физический расчёт накопления ядерных материалов и радиоактивных веществ - это ничтожный документ для радиохимии. То есть документ недействителен по основаниям, предусмотренным в законе.

Использование такого документа является следствием существенных нарушений действующего законодательства и не может порождать никаких правовых последствий.

Ни один расчёт не берётся во внимание при постановке ЯМ и РВ на учёт. Верить расчётам в таком серьезном деле нельзя. Система учета оперирует только измеренными величинами. Иначе наступает уголовная ответственность.

Если говорить более конкретно, то УИК ЯМ (учет и контроль ядерных материалов) оперирует только весом ЯМ. При проведении работ по Прорыву взвешивать разрешили только на весах Меттлер Толедо.

Эти весы имеют 8 действующих знаков, моноблок выдерживает удар кувалды, информация поступает в сеть online, все операции фиксируются на серверах стейкхолдеров. Эти весы стоили от $10 тысяч, и их обслуживал специалист, получающий зарплату, равную зарплате специалиста в США. Весы других марок, обеспечивающие необходимую точность для УИК ЯМ, стоили минимум на порядок дешевле.

Фактически, покупкой такого весового оборудования руководство Прорыва дало нам понять, что никаким расчетам и измерениям, на неучтенном в США оборудовании для взвешивания, никто не верит и не верил.

Ядерно-физические расчёт наработки ЯМ, это как прогноз погоды на неделю. Интересно заглянуть вперёд на десятилетия, актуально, но на 6-8 порядков менее точно, чем реальная погода, измеренная поверенными термометром и линейкой.

Для управления реактором точность ядерно-физических расчётов достаточная (не все согласятся с этим высказыванием). Но для учёта и контроля ЯМ - это гадание на картах.

КВ (коэффициент воспроизводства равновесного плутония в ЗЯТЦ БР) - это УИК ЯМ. Следовательно, все расчёты КВ, где только одна действующая цифра, являются ничтожными. Величина накопления ЯМ с КВ = 1,4±0,5 не является основанием ни для каких научно-обоснованных прогнозов, и может обсуждаться только на научных симпозиумах (в первоначальном значении этого слова).

Но никак не в энергетике, экономике, политике.