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

Перовскитные солнечные элементы как перспективное направление зеленой энергетики Перовскитные солнечные элементы как перспективное направление зеленой энергетики

Как перовскитные солнечные элементы сделают энергетическую систему экологичнее?

Наука и техника
Кама Гинкас: «Пытаться разгадать гения — все равно что пытаться разгадать жизнь» Кама Гинкас: «Пытаться разгадать гения — все равно что пытаться разгадать жизнь»

Режиссер Кама Гинкас о прозе Пушкина, языке театра и спектаклях-долгожителях

Монокль
Он пережил и многое, и многих… Он пережил и многое, и многих…

Петр Вяземский, князь. О нем вспоминают обычно в связи с А. С. Пушкиным

Знание – сила
Какие ошибки в воспитании оставляют «шрамы» на психике, или Как вырастить невротика Какие ошибки в воспитании оставляют «шрамы» на психике, или Как вырастить невротика

О самых распространенных ошибках в воспитании: как уберечь от них своих детей?

Psychologies
Код будущего Код будущего

«Солнечный» электромобиль, экзоскелет для артистов и другие технологии будущего

ТехИнсайдер
Еще до прочтения сжечь: почему киберпреступники не снижают фишинговую активность Еще до прочтения сжечь: почему киберпреступники не снижают фишинговую активность

Почему фишинг остается наиболее эффективным способом социальной инженерии

Forbes
Едем со спокойной душой Едем со спокойной душой

Что обязательно нужно сделать перед отпуском?

Лиза
В расцвете чувств В расцвете чувств

Летний сезон богат на события и неожиданные повороты в судьбе.

Лиза
Бoрщ Бoрщ

Наваристый, ароматный, любимый суп, который готовили еще в XIV веке

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
На совещание пришел робот На совещание пришел робот

Почему российские сервисы на рынке услуг видео-конференц-связи усиливают позиции

Монокль
Погибших от чумы горожан из Буржа похоронили в сельской местности Погибших от чумы горожан из Буржа похоронили в сельской местности

Ученые проанализировали останки 97 человек из средневекового сельского некрополя

N+1
Национальный интерес к АПК Национальный интерес к АПК

Какие агрокомпании перешли под управление Росимущества за последнее время

Агроинвестор
5 причин появления перхоти 5 причин появления перхоти

Давайте признаем: перхоть раздражает и расстраивает. Почему она может появиться?

ТехИнсайдер
«Академикам-медикам не нашлось места в зале общего собрания» «Академикам-медикам не нашлось места в зале общего собрания»

Исполнилось 80 лет со дня основания медицинской академии наук СССР

Наука
Математика седьмой координаты для роботов* Математика седьмой координаты для роботов*

Перспективы и проблемы развития роботостроения в России

Монокль
Же-де-пом и крокет: старые виды спорта, которых больше нет на Олимпийских играх Же-де-пом и крокет: старые виды спорта, которых больше нет на Олимпийских играх

О видах спорта, в которых участники Олимпийских игр больше не состязаются

ТехИнсайдер
Душа обязана убиться Душа обязана убиться

«Собиратель душ»: Николас Кейдж в главном хорроре года

Weekend
До и после До и после

Знакомимся с Pirelli 42 Special Edition — лодкой-RIB в новом «прочтении»

Y Magazine
«Мы вместе навсегда»: что такое фьючефейкинг — новый вид манипуляции «Мы вместе навсегда»: что такое фьючефейкинг — новый вид манипуляции

8 признаков того, что партнер фальсифицирует ваше общее будущее

Psychologies
О природе постыдного: чем занимались нейробиологи в караоке О природе постыдного: чем занимались нейробиологи в караоке

Почему люди краснеют от стыда и смущения?

СНОБ
Как Netflix изменил традиционное телевидение. Отрывок из книги Аманды Лотц Как Netflix изменил традиционное телевидение. Отрывок из книги Аманды Лотц

Отрывок из книги «Мы срываем трансляцию» об истории телевидения

СНОБ
Северо-восторг Северо-восторг

Открываем в России невероятные места (и учимся выговаривать их названия)

VOICE
Не покупай это: 11 хитрых способов, которыми рестораны и кафе заставляют нас тратить больше денег Не покупай это: 11 хитрых способов, которыми рестораны и кафе заставляют нас тратить больше денег

Бесплатная корзинка с хлебом бывает только в мышеловке

VOICE
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
На солнечной стороне На солнечной стороне

Летний бакет-лист, чтобы не обгореть и не по(фото)стареть

Собака.ru
Диморф унаследовал валуны от Дидима Диморф унаследовал валуны от Дидима

Планетологи сравнили распределение размеров валунов на астероидах Дидим и Диморф

N+1
Что делать, если после загара облезла кожа: 5 способов ускорить процесс регенерации Что делать, если после загара облезла кожа: 5 способов ускорить процесс регенерации

Как восстановить кожу после сильного загара?

ТехИнсайдер
Дин Итэн: «Жизни обычных людей во всем мире похожи друг на друга» Дин Итэн: «Жизни обычных людей во всем мире похожи друг на друга»

Премьера спектакля китайского режиссера Дин Итэна «Я не убивала своего мужа»

Монокль
Лыжи. Разрез. Девушка Лыжи. Разрез. Девушка

Кузбасс приятно открывать с близкой – интимной – дистанции

2Xplore
Открыть в приложении