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

Гравитация – это притяжение или отталкивание? Гравитация – это притяжение или отталкивание?

Казалось бы, науке уже известно, что гравитация – это притяжение...

Зеркало Мира
Вычислить в толпе Вычислить в толпе

Какие мотивы движут преступником и можно ли распознать его в пассажиропотоке?

P.I.C. Partner In Crime
«Я же по милосердию Божьему остался невредим…» «Я же по милосердию Божьему остался невредим…»

Письмо Александра II дочери

Дилетант
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
Технопарад Технопарад

Сельское перекати-поле, пресная розовая вода и джинсы с подушкой безопасности

ТехИнсайдер
Эчпочмак Эчпочмак

Иногда визитная карточка может быть и треугольной!

КАНТРИ Русская азбука
Любимое занятие тигров и виды, о которых мало кому известно: 50 фактов о больших и чертовски красивых кошках Любимое занятие тигров и виды, о которых мало кому известно: 50 фактов о больших и чертовски красивых кошках

Тигры: большие кошки, которые не перестают нас удивлять

ТехИнсайдер
9 способов заслужить родительский авторитет 9 способов заслужить родительский авторитет

9 шагов к формированию прочного родительского авторитета

Psychologies
Что не так с психотерапией? Что не так с психотерапией?

Почему практика осознанности может привести к неожиданному результату?

Здоровье
Диморф унаследовал валуны от Дидима Диморф унаследовал валуны от Дидима

Планетологи сравнили распределение размеров валунов на астероидах Дидим и Диморф

N+1
«Возникла паника»: подорожают ли в России хлеб и мука «Возникла паника»: подорожают ли в России хлеб и мука

Дорожает ли мука, чем чреват рост ее экспорта и чего ждать от цен на хлеб

Forbes
12 фраз, которые используют люди с высоким эмоциональным интеллектом 12 фраз, которые используют люди с высоким эмоциональным интеллектом

Можно ли сказать, что у вас развит эмоциональный интеллект? Давайте проверим

Psychologies
На солнечной стороне На солнечной стороне

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

Собака.ru
Не такие простые, как кажутся: 15 фактов о поведении и образе жизни шмелей Не такие простые, как кажутся: 15 фактов о поведении и образе жизни шмелей

Как обстоят дела в шмелиных семьях и как они справляются с трудностями

ТехИнсайдер
Болезнь грязных рук Болезнь грязных рук

Как защитить ребенка от гепатита А и что делать, если он ее уже под хватил?

Лиза
Под клёкот проводников Под клёкот проводников

Сложно представить себе более уединенное место на Земле, чем остров Врангеля

2Xplore
Виола Ардона: «Олива Денаро» — роман о смелости, стремлении к справедливости и равноправию Виола Ардона: «Олива Денаро» — роман о смелости, стремлении к справедливости и равноправию

Отрывок из романа о женщинах 1960-х, которым было тесно в рамках общества

СНОБ
Лифт в космос: бред или возможное будущее, которое нам устроят японцы? Лифт в космос: бред или возможное будущее, которое нам устроят японцы?

Можно ли построить лифт в космос? Зачем он нужен?

ТехИнсайдер
Половина пути Половина пути

Каково это — отдыхать с супругой

VOICE
Мой прадед, участник Великой войны Мой прадед, участник Великой войны

История генерал-майора Владимир Астафьев, типичного русского офицера

Знание – сила
Не игнорировать чужой опыт: кто такие «белые феминистки» и за что их критикуют Не игнорировать чужой опыт: кто такие «белые феминистки» и за что их критикуют

За что с XIX века и по сегодняшний день критикуют белый феминизм

Forbes
Что такое фаббинг Что такое фаббинг

Когда не можешь отлипнуть от телефона: решаем проблему вместе с экспертом

Лиза
Подельники Подельники

Девять (помимо Брута) самых интересных заговорщиков против Цезаря

Дилетант
Как собрать чемодан для путешествия: 9 полезных советов стюардесс Как собрать чемодан для путешествия: 9 полезных советов стюардесс

Лайфхаки, которые помогут легко и быстро упаковать чемодан перед путешествием

VOICE
Уха Уха

Уха! Этот прозрачный отвар – апофеоз рыбьего предназначения

КАНТРИ Русская азбука
Помпеи — сундук с сокровищами, который никогда не перестанет удивлять Помпеи — сундук с сокровищами, который никогда не перестанет удивлять

В Инсуле 10 был обнаружен триклиний, украшенный невероятной красоты фресками

Наука
4 самые частые причины сохранить несчастный брак: действительно ли они того стоят? 4 самые частые причины сохранить несчастный брак: действительно ли они того стоят?

Причины жить с мужчиной, который больше не хочет быть с тобой

Psychologies
Достоевский на улице Сезам Достоевский на улице Сезам

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

Weekend
Этот психологический тест поможет найти источник вашего вдохновения: просто попробуйте! Этот психологический тест поможет найти источник вашего вдохновения: просто попробуйте!

Знать свой источник вдохновения крайне важно. Узнайте его с помощью теста!

ТехИнсайдер
Голь на выдумки хитра (часть 2) Голь на выдумки хитра (часть 2)

Как советские женщины проявляли смекалку в погоне за красотой и модой

Лиза
Открыть в приложении