Прошлое, настоящее и будущее ядерной энергетики

Наука и техникаИстория

Ядерная энергетика. От истоков к перспективам

К 70-летию пуска первой в мире Обнинской атомной электростанции

Якушкин Николай

Предисловие

Начавшаяся около двух веков назад и сделавшая возможным современный образ жизни индустриализация сопровождалась неуклонным ростом энергопотребления. Сегодня на одного жителя нашей планеты приходится около 2 кВт электрогенерирующих мощностей.

С началом использования тепловых машин основным энергоносителем стало органическое топливо. Вместе с этим перед человечеством возник широкий круг проблем, обусловленных исчерпаемостью разведанных запасов органических энергоресурсов. Также начиная с середины прошлого века ученые не могут оценить влияние обусловливаемых деятельностью человека выбросов парниковых газов на климат нашей планеты.

В 1896 году, исследуя соли урана, А. Беккерель (1852–1908) открыл явление радиоактивности, а двумя десятилетиями позже Мария Кюри (1867–1934) обнаружила относительно малое (170 Вт/кг) энерговыделение радия.

Обнаружение в 1932 году Д. Чедвигом (1891–1974) нейтрона, а также последующее объяснение О. Ганном (1879–1968) и Ф. Штрассманом (1902–1980) роли этих частиц в процессе расщепления ядер атомов урана, по сути, открыли путь к высвобождению ядерной энергии.

Судьбу дальнейших ядерных исследований определила Вторая мировая война. Бежавший в Новый Свет от германского нацизма величайший физик своего времени А. Эйнштейн (1879–1955) убедил администрацию США в необходимости финансирования крупномасштабных работ по созданию ядерного оружия.

В конце 1940 года возглавляемой Эдвином Макмилланом (1903–1991) командой физиков из Калифорнийского университета был впервые получен новый элемент – плутоний – с атомной массой 238, а годом позже изотоп плутоний-239, оказавшийся практически идеальным делящимся материалом для ядерной бомбы.

Через две недели после ядерной бомбардировки Хиросимы, 20 августа 1945 года, Государственный комитет обороны СССР принял решение об организации работ, направленных на скорейшую ликвидацию американской монополии на владение ядерным оружием.

Важным этапом создания ядерного оружия было построение состоящей из ядерных реакторов и радиохимических комбинатов базы для промышленного производства оружейного плутония.

Летом 1948 года в Челябинске-40 (ныне г. Озерск) был выведен на проектную мощность 100 МВт первый советский реактор А-1 для промышленной наработки оружейного плутония.

Подобно американским аналогам первые советские промышленные ядерные реакторы для наработки оружейного плутония охлаждались водой рек или специальных прудов-охладителей. Таким образом, выделявшаяся в них колоссальная тепловая энергия попросту утилизировалась. При этом использование энергии, выделяемой 100-мегаваттным ядерным реактором, позволяло бы ежесуточно экономить около 215 т каменного угля и не допускать выбросов в атмосферу 400 тыс. кубометров углекислого газа.

Начало новой отрасли

Для эффективного использования ядерных реакторов в мирных целях, в частности в электроэнергетике, требовалось решить множество непростых технических проблем.

Минимизация составляющих около 2% энергопотерь в линиях электропередач требует строительства АЭС вблизи крупных потребителей, то есть в относительно густонаселенных районах. Таким образом, на первый план выходят проблемы недопущения каких-либо радиационных инцидентов, то есть обеспечения ядерной безопасности.

Потребление электроэнергии существенно зависит как от сезона, так и от времени суток. Например, для Москвы суточная и годовая вариации данного показателя составляют 55% и 30% соответственно. Таким образом, в отличие от промышленных наработчиков оружейного плутония, ядерные реакторы АЭС должны устойчиво работать на различных мощностях, а также на переходных режимах.

Для решения проблем мирного использования ядерной энергии приказом МВД СССР от 27 апреля 1946 г. вблизи железнодорожной станции Обнинское была создана лаборатория «В», в которой решались проблемы физического моделирования перспективных ядерных реакторов для АЭС.

Для первой советской промышленной (ныне Белоярской) АЭС в лаборатории «В» проектировался 100-мегаваттный канальный реактор АМБ (атом мирный большой) с кипящим теплоносителем и с перегревом пара.

Для проектирования ядерного реактора АМБ требовалось создать его экспериментальный прототип. Им стала ядерная энергетическая установка АМ (атом мирный) мощностью 30 МВт.

По предложению И.В. Курчатова (1903– 1960) было принято решение о создании на площадке лаборатории «В» первой в мире экспериментальной АЭС с ядерным реактором АМ. Ее строительство началось в 1951 г., а 26 июня 1954 г. первая в мире атомная электростанция – Обнинская – электрической мощностью 5 МВт встала под промышленную нагрузку.

Игорь Васильевич Курчатов

26 апреля 1964 года оснащенный реактором данного типа первый блок Белоярской АЭС вступил в строй. Это событие ознаменовало начало 22-летнего периода динамичного развития ядерной энергетики в СССР. В течение этого времени были спроектированы новые ядерные реакторы, строились и вводились в эксплуатацию новые генерирующие мощности, а выработка электроэнергии на АЭС прирастала в среднем на 20% в год.

1-й и 2-й блоки Белоярской АЭС

На земле, в небесах и на море

Начало разработки передвижных ядерных энергетических установок, по сути, мобильных АЭС, восходит к 1950-м годам. Создание подобных установок позволило бы Советскому Союзу, избавившись от необходимости доставки в Арктику миллионов тонн органического топлива, в полной мере обеспечить предельно дешевой электроэнергией наиболее отдаленные районы Крайнего Севера.

7 июня 1961 года Физико-энергетический институт передал в эксплуатацию опытный образец транспортабельной атомной электростанции (ТЭС-3) электрической мощностью 1,5 МВт. Данная установка монтировалась на четырех модифицированных шасси тяжелого танка Т–10, каждое из которых снабжалось дизельным двигателем мощностью 750 л.с.

ТЭС-3. Источник: les.media
ТЭС-3. Источник: les.media
ТЭС-3. Источник: les.media
ТЭС-3. Источник: les.media
ТЭС-3. Источник: les.media

Опытный образец ТЭС-3 не пошел в серийное производство, но в течение восьми лет успешно использовался для энергоснабжения расположенных вдали от населенных пунктов объектов инфраструктуры Министерства обороны.

Позже в Институте ядерной энергетики Белорусской академии наук началась разработка новой передвижной атомной электростанции – Памир-630Д мощностью 0,63 МВт. В первой половине 1980-х годов два опытных образца данных установок были готовы к испытаниям.

Памир-630Д представляла собой комплекс из двух полуприцепов, для которых был разработан специальный тягач МАЗ-7960. Использование в качестве теплоносителя, обладающего высокой плотностью, теплопроводностью и теплоемкостью тетраоксида азота позволило, используя одноконтурную компоновку, сделать установку компактной.

Памир-630Д

При этом тетраоксиду азота свойственны высокая коррозийная агрессивность и токсичность. Поэтому активная зона ядерного реактора была изготовлена с большим запасом прочности, а управление мобильной АЭС осуществлялось с помощью компьютера.

Передвижная АЭС Памир-630Д испытывалась в течение года. Время наработки ядерного реактора составило 3,5 тыс. часов в разных нагрузочных режимах. Запас ядерного топлива позволял обеспечить непрерывную работу комплекса на протяжении еще нескольких лет.

В 1960-х годах в Обнинске начались работы над ядерной энергетической установкой «Топаз» для энергоснабжения спутников военного назначения. Ввиду жестких требований к массе и габаритам данных установок единственным приемлемым для них способом преобразования ядерной энергии в электрическую была прямая термоэмиссия.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Цифровое бессмертие Цифровое бессмертие

Sensorium Galaxy – VR-платформа, которая способна преобразить нашу жизнь

Популярная механика
«Дуглас отменяется»: как сериал от создателя «Шерлока» исследует культуру отмены «Дуглас отменяется»: как сериал от создателя «Шерлока» исследует культуру отмены

Каким получился сериал «Дуглас отменяется», высмеивающий культуру отмены?

Forbes
Верные слуги короля Верные слуги короля

С XVII века королевские мушкетёры стали привилегированными войсками

Дилетант
Мой друг барабашка Мой друг барабашка

Как забрать домового с собой при переезде

Лиза
Uber в образовании Uber в образовании

Может ли искусственный интеллект заменить учителя?

ТехИнсайдер
Кризис романтических отношений? Вот почему у людей любовь не клеится: точное объяснение! Кризис романтических отношений? Вот почему у людей любовь не клеится: точное объяснение!

Как создать здоровые романтические отношения?

ТехИнсайдер
У кого не болит поясница? У кого не болит поясница?

Как избежать болей в пояснице и укрепить мышцы спины?

Здоровье
Сергей Лысенко: Tank 300 Arctic Trucks – на пути к Чёрному морю Сергей Лысенко: Tank 300 Arctic Trucks – на пути к Чёрному морю

Тест-драйв китайского внедорожника Tank 300 в тюнинге Arctic Trucks

4x4 Club
Революционный порядок и безопасность Революционный порядок и безопасность

Полномочия органов ОГПУ неуклонно расширялись...

Дилетант
Переход на многоличности Переход на многоличности

Олег Устинов: искусство как мистификация

Weekend
Крупный заемщик больше не мечта банкира Крупный заемщик больше не мечта банкира

Финансовое положение ряда крупных компаний сейчас сложное и останется таким

Монокль
Жизнь в плену имени Жизнь в плену имени

Марк Юний Брут: история и жизнь того, кто лишил жизни Гая Юлия Цезаря

Дилетант
Что добавить в воду, чтобы быстро почистить духовку: советы профессиональных клинеров Что добавить в воду, чтобы быстро почистить духовку: советы профессиональных клинеров

Как почистить духовку быстро и эффективно

VOICE
Историк культуры Андрей Зорин: «Нельзя недооценивать то, чего можно добиться силой» Историк культуры Андрей Зорин: «Нельзя недооценивать то, чего можно добиться силой»

С чем связан рост ожесточения и откуда у молодежи ностальгия по прошлому

Forbes
Цукаты Цукаты

Рассказываем, как, где и когда возникла идея засахаривать фрукты

КАНТРИ Русская азбука
Титановое сердце на дисковых насосах Титановое сердце на дисковых насосах

Потребность в пересадке сердца в России составляет тысячи операций в год

Наука
Репортёр без границ Репортёр без границ

Роберт Капа дал сам себе задание рассказывать об аде, созданном человеком

Дилетант
Сладкое время для молодоженов: почему месяц после свадьбы зовется медовым Сладкое время для молодоженов: почему месяц после свадьбы зовется медовым

Мы решили разобраться в происхождении термина медового месяца

ТехИнсайдер
Скворцов. Плотников. Горошко Скворцов. Плотников. Горошко

Плотников, Скворцов и Горошко на реабилитации после шоковой психотерапии

Собака.ru
История с биографией История с биографией

Tabula Rasa в своем изначальном значении: история одного семейного расследования

Знание – сила
Журнал Time опубликовал рейтинг «100 величайших мест мира — 2024»: что вошло в список Журнал Time опубликовал рейтинг «100 величайших мест мира — 2024»: что вошло в список

Журнал Time составил список из 100 самых лучших мест на Земле

Maxim
Врагу не пожелаешь: 5 самых страшных тюрем в мире Врагу не пожелаешь: 5 самых страшных тюрем в мире

Рассказываем про самые жуткие тюрьмы в мире

ТехИнсайдер
10 причин вашего несчастья 10 причин вашего несчастья

Почему вы можете чувствовать себя несчастными и что можно с этим сделать

Psychologies
Вещи превратятся в тряпочку: 5 видов одежды, которую строго настрого запрещено стирать вместе с остальным бельем Вещи превратятся в тряпочку: 5 видов одежды, которую строго настрого запрещено стирать вместе с остальным бельем

Какие вещи нельзя стирать вместе с остальным грязным бельем?

ТехИнсайдер
Трогать запрещается! Трогать запрещается!

Какие ядовитые растения могут омрачить летний отдых на природе?

Здоровье
Съестнoе, которого больше нет Съестнoе, которого больше нет

Буква «ъ» – хороший повод поговорить об утраченном, в том числе и в кулинарии

КАНТРИ Русская азбука
Слава блогу: кто такие православные блогеры и почему они популярны Слава блогу: кто такие православные блогеры и почему они популярны

Кто и зачем учит вере в соцсетях?

Правила жизни
Рационализаторская и изобретательская деятельность: влияние на инновации и производство Рационализаторская и изобретательская деятельность: влияние на инновации и производство

Особенности и отличия рационализаторской и изобретательской деятельности

Наука и техника
Портретные режимы Harcourt в Honor 200 и 200 Pro: как они работают? Портретные режимы Harcourt в Honor 200 и 200 Pro: как они работают?

В чем особенности портретных режимов Harcourt?

CHIP
Aut Caesar, aut nihil Aut Caesar, aut nihil

У каждого из заговорщиков была личная причина невзлюбить Цезаря

Дилетант
Открыть в приложении