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

Космические тоннели Космические тоннели

Существуют ли кротовые норы?

Популярная механика
Лайфхак для отпуска! Вот какие вещи можно забрать с собой из гостиничного номера Лайфхак для отпуска! Вот какие вещи можно забрать с собой из гостиничного номера

Какие вещи можно, а какие нельзя забирать как сувенир из отеля

ТехИнсайдер
Третий путь атомной энергетики Третий путь атомной энергетики

В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15

Популярная механика
Фрагментация глобальной экономики Фрагментация глобальной экономики

О процессах фрагментации глобальной экономики

Деньги
Мария Бочкарёва. Крестьянка-поручица Мария Бочкарёва. Крестьянка-поручица

Мария Бочкарёва была из тех русских женщин, которые коня на скаку остановят

Дилетант
В магазин за рекламными продуктами: что мешает развитию рынка ретейл-медиа в России В магазин за рекламными продуктами: что мешает развитию рынка ретейл-медиа в России

Почему рынок ретейл-медиа в России развивается так неравномерно?

Forbes
Недетские вопросы: чему равняется масса облака, и почему оно не падает на Землю? Недетские вопросы: чему равняется масса облака, и почему оно не падает на Землю?

Если облака такие тяжелые, почему они не падают на Землю?

ТехИнсайдер
Стиль «тихая роскошь» Стиль «тихая роскошь»

Zeelander 5 с полностью кастомным интерьером и ограниченной серией

Y Magazine
Основатель языковой школы — о том, как учить английский, если нет времени Основатель языковой школы — о том, как учить английский, если нет времени

Могут ли мобильные приложения заменить репетитора по английскому языку?

РБК
Свобода от нарцисса: как защититься от вторжений после расставания Свобода от нарцисса: как защититься от вторжений после расставания

Как защититься от вторжений бывшего в вашу жизнь?

Psychologies
«Человечество не допустит катастрофы»: как гаджеты меняют работу мозга — разбор с нейробиологами «Человечество не допустит катастрофы»: как гаджеты меняют работу мозга — разбор с нейробиологами

Что происходит с нашим мышлением и чувствами в условиях цифровой реальности?

Psychologies
Съестнoе, которого больше нет Съестнoе, которого больше нет

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

КАНТРИ Русская азбука
И в букет, и в тарелку И в букет, и в тарелку

Цветы не только красивы, но вкусны и полезны

Здоровье
Что нам зной Что нам зной

Это только кажется, что летом организму комфортнее, чем зимой

Лиза
83% компаний могут пропустить кибератаку из-за недостатков мониторинга инфраструктуры 83% компаний могут пропустить кибератаку из-за недостатков мониторинга инфраструктуры

83% организаций в ходе мониторинга кибербезопасности сталкиваются с проблемами

Forbes
Как вернуться в ресурсное состояние после неудач: 3 простых шага Как вернуться в ресурсное состояние после неудач: 3 простых шага

Что означает удача на самом деле? И как вернуть ее после серии провалов?

Psychologies
Достоевский на улице Сезам Достоевский на улице Сезам

«Эрик»: Бенедикт Камбербэтч в Нью-Йорке 1980-х

Weekend
Почему вздувается аккумулятор смартфона: 6 главных факторов, которые убивают гаджет Почему вздувается аккумулятор смартфона: 6 главных факторов, которые убивают гаджет

Разбухание аккумулятора — довольно пугающее зрелище. Что к нему приводит?

ТехИнсайдер
Поиск баланса Поиск баланса

Как в текущих условиях решать задачи обеспечения технологического суверенитета

Деньги
«Художества и науки» в Петербургской Академии наук 1724—1803 «Художества и науки» в Петербургской Академии наук 1724—1803

О появлении современной науки: Великая дивергенция и благотворное влияние церкви

Знание – сила
Библиотеки античности Библиотеки античности

Первые библиотеки человечества. Какова их судьба?

Знание – сила
Елена Мольченко об Александре Фатюшине: «Он снялся более чем в пятидесяти картинах, а зрители его запомнили по роли хоккеиста Гурина» Елена Мольченко об Александре Фатюшине: «Он снялся более чем в пятидесяти картинах, а зрители его запомнили по роли хоккеиста Гурина»

Учитель называл его «рязанским Марлоном Брандо»

Караван историй
Как нравиться людям Как нравиться людям

12 шагов, чтобы стать приятным собеседником

Лиза
Почему же вымерли мамонты и можно ли их возродить: любопытные факты о животном, которое когда-то бродило по Земле Почему же вымерли мамонты и можно ли их возродить: любопытные факты о животном, которое когда-то бродило по Земле

Все мы знаем, кто такие мамонты, но не каждому известны подробности их жизни

ТехИнсайдер
Призывы к убийствам в эфире радио: 30 лет геноциду в Руанде Призывы к убийствам в эфире радио: 30 лет геноциду в Руанде

Как африканская страна пережила 100 страшных кровопролитных дней геноцида

ТехИнсайдер
«Девственницы-самоубийцы» по-питерски: как три сестры стали жертвами культа «Девственницы-самоубийцы» по-питерски: как три сестры стали жертвами культа

Как понять, что ваш близкий стал членом культа

Psychologies
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
Зерна циркона помогли определить возраст мощного удара по молодой Луне Зерна циркона помогли определить возраст мощного удара по молодой Луне

Планетологи с большой точностью датировали крупное импактное событие на Луне

N+1
Кошачий десант: почему кошки всегда приземляются на лапы? И всегда ли это правило срабатывает? Кошачий десант: почему кошки всегда приземляются на лапы? И всегда ли это правило срабатывает?

Как кошкам удается менять положение тела в воздухе без посторонней помощи?

ТехИнсайдер
Рaки донские Рaки донские

Самых вкусных раков ищите в казацких станицах под Ростовом-на-Дону

КАНТРИ Русская азбука
Открыть в приложении