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
Археологи приготовили птиц по-неандертальски Археологи приготовили птиц по-неандертальски

Ученые попробовали приготовить пять птиц по-неандертальски

N+1
Киногарантия Киногарантия

Основатель «РЕСО-Гарантия» своим главным делом считает кинематограф

Forbes
Записки солдата Первой мировой Записки солдата Первой мировой

Нас было 45 человек, лица всех закопчены дымом и в грязи

Знание – сила
Маршал Воробьёв, инженер Победы Маршал Воробьёв, инженер Победы

Маршал Михаил Петрович Воробьёв сделал очень многое для обороны Москвы

Дилетант
«Разоренный дом». Отрывок из романа Руби Намдара «Разоренный дом». Отрывок из романа Руби Намдара

Жизнь профессора идет своим чередом, пока не начинают посещать странные видения

СНОБ
Договорной брак: ловушки отношений без любви Договорной брак: ловушки отношений без любви

Как быть и что делать в ситуации, когда муж не соглашается на развод

СНОБ
Жаркое по-домашнему Жаркое по-домашнему

Кушанье назвали жар-блюдом, поскольку готовится оно на открытом огне

КАНТРИ Русская азбука
Оттенки неба Оттенки неба

Существует ли преломление воздуха? Откуда ночью синева и даже желтые оттенки?

Знание – сила
Смотрины для родинки Смотрины для родинки

Разбираемся, какие родинки опасны, а какие совершенно безобидны

Лиза
«Таких эмоций не найдешь в боулинге или кино» «Таких эмоций не найдешь в боулинге или кино»

Почему у баскетбола миллионы фанатов по всему миру? Отвечает Андрей Кириленко

VOICE
5 дискомфортных фильмов, которые вскрывают психологические травмы 5 дискомфортных фильмов, которые вскрывают психологические травмы

Знаковые фильмы о травмирующем опыте, спрятанном в оболочке хоррора

Psychologies
«Я предложила маме жить с нами, если она бросит пить, или самой за себя отвечать»: история читательницы «Я предложила маме жить с нами, если она бросит пить, или самой за себя отвечать»: история читательницы

Как побороть стыд за родственников, злоупотребляющих алкоголем

Psychologies
Миклош Хорти, всесильный местоблюститель Миклош Хорти, всесильный местоблюститель

Миклош Хорти: адмирал без флота, регент без короля

Дилетант
Домашний офис. Полезные идеи для обустройства рабочего места на удаленке Домашний офис. Полезные идеи для обустройства рабочего места на удаленке

Мебель для домашнего офиса должна соответствовать определенным требованиям

Лиза
Точка роста Точка роста

Регина Тодоренко: лучшее лекарство от хейта — безразличие

VOICE
Ученые показали, что мы краснеем, когда нам неловко перед собой Ученые показали, что мы краснеем, когда нам неловко перед собой

Краска стыда связана с эмоциональным обучением и тем, что делает сам человек

ТехИнсайдер
Детство без психотравм Детство без психотравм

Что такое психологическая травма, и всякий ли стресс опасен для ребёнка?

Здоровье
Генная терапия: встречайте лекарства будущего Генная терапия: встречайте лекарства будущего

Насколько мы близки к победе над «плохой генетикой»?

Монокль
«Рано или поздно цивилизация начинает сходить с ума и уничтожает себя. Как мы сейчас» «Рано или поздно цивилизация начинает сходить с ума и уничтожает себя. Как мы сейчас»

Что такое экзопланеты? Как они были открыты? Может ли на них существовать жизнь?

Наука
Всё, что нужно знать об «обмелении» — технике, позволяющей получить самые яркие оргазмы от проникновения Всё, что нужно знать об «обмелении» — технике, позволяющей получить самые яркие оргазмы от проникновения

Об обмелении — одном из секс-трендов года

VOICE
Мясо по-фрaнузки Мясо по-фрaнузки

Хотите озадачить гостя из Парижа – приготовьте ему свинину под сырной корочкой

КАНТРИ Русская азбука
Мотивация на добро: как бизнесу получить налоговый вычет за благотворительность Мотивация на добро: как бизнесу получить налоговый вычет за благотворительность

Как правильно оформить пожертвование и как получить за него вычет

Inc.
«Злобные маленькие письма»: как брань приводит женщин к внутренней свободе «Злобные маленькие письма»: как брань приводит женщин к внутренней свободе

Почему фильм «Злобные маленькие письма» только притворяется детективом

Forbes
Чистый спорт Чистый спорт

Насколько сложно продвигать не самый популярный вид спорта и зачем это делать?

Y Magazine
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
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
Мхи могут сделать Марс пригодным для сельскохозяйственных культур Мхи могут сделать Марс пригодным для сельскохозяйственных культур

Земные мхи не только выживут на Марсе, но смогут изменить марсианские почвы

ТехИнсайдер
3 способа, которые заставят мужчин слушать женщину 3 способа, которые заставят мужчин слушать женщину

Как быть в ситуации, когда мужчина снисходительно относится к женскому мнению?

Psychologies
Йох Йох

Весьма необычное национальное блюдо из кукурузной муки и курдючного сала

КАНТРИ Русская азбука
Открыть в приложении