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

История развития морских беспилотников. Часть 2 История развития морских беспилотников. Часть 2

Для чего используются беспилотные подводные аппараты

Наука и техника
Нога в туннеле Нога в туннеле

Судмедэксперт Клас Бушманн приоткрывает тайны своей мрачной профессии

P.I.C. Partner In Crime
Путешествия во времени и пространстве Путешествия во времени и пространстве

Как многовековая история Лиона отразилась в облике его архитектурных памятников

Знание – сила
Беспилотник научили обнимать деревья крыльями Беспилотник научили обнимать деревья крыльями

PercHug способен садиться на столбы и деревья, обхватывая их крыльями

N+1
Артериальное давление Артериальное давление

Что влияет на артериальное давление и можно ли его регулировать

Здоровье
Как отбелить межплиточные швы без особых усилий: 7 гениальных лайфхаков, которые понравятся каждой хозяйке Как отбелить межплиточные швы без особых усилий: 7 гениальных лайфхаков, которые понравятся каждой хозяйке

Надоело смотреть на потемневшую затирку на кухне или в ванной комнате?

ТехИнсайдер
Анна на кастинге Анна на кастинге

«Тайны Карениной»: документальный сериал о киногеничности романа Льва

Weekend
10 методов, которыми нас воспитывали: от худшего к лучшему 10 методов, которыми нас воспитывали: от худшего к лучшему

Классификация методов воспитания: от наименее к наиболее эффективным

Psychologies
Пометки и штрафы: семь вопросов о новом законопроекте для блогеров Пометки и штрафы: семь вопросов о новом законопроекте для блогеров

Главные вопросы о новых поправках в законопроекте для блогеров

Forbes
9 способов использования эфирных масел на кухне 9 способов использования эфирных масел на кухне

Как поддерживать чистоту на кухне с помощью эфирных масел

VOICE
«Горжусь нашим кастингом» «Горжусь нашим кастингом»

Режиссер Анна Матисон об истории адвоката Плевако и историческом детективе

OK!
«Найти идею и правильно ее упаковать». Эксперты — о развитии туризма в России «Найти идею и правильно ее упаковать». Эксперты — о развитии туризма в России

Эксперты — о создании эффективного туристического продукта

СНОБ
11 предметов, которые лучше всего мыть жидкостью для посуды: советы клинеров 11 предметов, которые лучше всего мыть жидкостью для посуды: советы клинеров

Что можно чистить жидкостью для посуды? Она многограннее, чем ты думаешь!

VOICE
5 шагов, которые помогут найти выход из психологического кризиса 5 шагов, которые помогут найти выход из психологического кризиса

Что такое психологический кризис? Как не спутать его с плохим настроением?

Psychologies
Большие парни не делятся: как маркетплейсы постепенно урезают прибыль партнеров Большие парни не делятся: как маркетплейсы постепенно урезают прибыль партнеров

Владельцы пунктов выдачи заказов зарабатывают на своем бизнесе все меньше

Forbes
«Эрик»: как сериал с Бенедиктом Камбербэтчем исследует кризис семьи «Эрик»: как сериал с Бенедиктом Камбербэтчем исследует кризис семьи

Как сериал «Эрик» исследует травмы родителей, живущие в следующих поколениях

Forbes
«Просто тыкай в хомяка»: 6 причин, почему мы верим в легкие деньги «Просто тыкай в хомяка»: 6 причин, почему мы верим в легкие деньги

Почему мы так верим в возможность легкого заработка?

Psychologies
История «Волчьего логова» Германа Геринга! Как под домом фашиста нашли изуродованные скелеты История «Волчьего логова» Германа Геринга! Как под домом фашиста нашли изуродованные скелеты

Под домом Германа Геринга когда-то похоронили скелеты людей

ТехИнсайдер
Владимир Овчаренко и Павел Пепперштейн: Наше сотрудничество — это следствие долгой дружбы Владимир Овчаренко и Павел Пепперштейн: Наше сотрудничество — это следствие долгой дружбы

Как построить здоровые отношения между галеристом и художником?

СНОБ
Настя, Никита и другие: почему мы так не любим некоторые имена Настя, Никита и другие: почему мы так не любим некоторые имена

Почему люди испытывают неприязнь к некоторым именам?

Psychologies
Горы против выгорания: 5 способов снять стресс на курорте Роза Хутор Горы против выгорания: 5 способов снять стресс на курорте Роза Хутор

Как отдохнуть на Розе Хутор, чтобы прийти в душевное равновесие

Psychologies
Какими были стоянки верхнего палеолита? Какими были стоянки верхнего палеолита?

Можно ли по «радиоуглероду» узнать, какими были палеолитические стоянки?

Наука и жизнь
Репейницы преодолели более 4200 километров и добрались из Африки в Южную Америку Репейницы преодолели более 4200 километров и добрались из Африки в Южную Америку

Зоологи установили происхождение нескольких бабочек-репейниц

N+1
Почему так сложно Почему так сложно

Одной из центральных тем повестки ПМЭФ-2024 стала интеграция в рамках ЕАЭС

Деньги
Зачем нужен датчик температуры охлаждающей жидкости и как его проверить Зачем нужен датчик температуры охлаждающей жидкости и как его проверить

Все о датчике ОЖ: что это такое, как работает, как проверить

РБК
Список причесок, свой календарь и правило «трех поколений»: 10 пугающих фактов о жизни в Северной Корее Список причесок, свой календарь и правило «трех поколений»: 10 пугающих фактов о жизни в Северной Корее

Что вы знаете о жизни в КНДР?

ТехИнсайдер
9 книг о русском фольклоре и мифологии, которые читаются на одном дыхании 9 книг о русском фольклоре и мифологии, которые читаются на одном дыхании

Русский фольклор — неисчерпаемый источник вдохновения и знаний о нашем прошлом

Maxim
Вечерний бесогон. В прокате «Полночь с дьяволом» — самый необычный хоррор года, который оказался и не хоррором вовсе Вечерний бесогон. В прокате «Полночь с дьяволом» — самый необычный хоррор года, который оказался и не хоррором вовсе

«Полночь с дьяволом» — история про вечернее телешоу, которое пошло не по плану

Правила жизни
«Любить по разнарядке – скотство» «Любить по разнарядке – скотство»

Николай Картозия рассказал, как найти маршрут к сердцу российского зрителя

Правила жизни
Кого слушают в Дагестане: почему республика снова пошла по пути радикализации Кого слушают в Дагестане: почему республика снова пошла по пути радикализации

Сейчас ситуация в республике Дагестан отнюдь не безнадежна, считает эксперт

Forbes
Открыть в приложении