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

Самые умные и самые богатые Самые умные и самые богатые

Кто такие кванты и почему за ними охотятся еще в университетах

ТехИнсайдер
Как отбросить сожаления: 8 простых способов Как отбросить сожаления: 8 простых способов

Стоит ли долго заниматься самобичеванием, если вы совершили ошибку?

Psychologies
Неизвестный Нижний Неизвестный Нижний

Нижний Новгород сочетает в себе богатство купеческой жизни и традиции

Отдых в России
Солнце близко, но не греет: почему на вершинах гор часто лежит снег? Солнце близко, но не греет: почему на вершинах гор часто лежит снег?

Почему в горах всегда холоднее, чем внизу?

ТехИнсайдер
В бешмете и черкеске В бешмете и черкеске

Некоторые элементы одежды горцев стали частью униформы русской армии

Дилетант
Что такое профайлинг и как он работает Что такое профайлинг и как он работает

Как на самом деле определить, лжет человек или говорит правду?

Лиза
Движение F.I.R.E. — что это такое Движение F.I.R.E. — что это такое

Идеология F.I.R.E: есть ли польза от решения «копить больше, тратить — меньше»

Psychologies
Птицам стыдно? Ученые выяснили, что курицы могут краснеть! Вот почему это происходит Птицам стыдно? Ученые выяснили, что курицы могут краснеть! Вот почему это происходит

Куры способны краснеть — и не только. Вот что выяснили ученые!

ТехИнсайдер
Все не так с Кевином Все не так с Кевином

«Ночной замес»: образцовый хоррор о подростках и маньяке в ТЦ

Weekend
«Такую никто не возьмет»: как в традиционном обществе относятся к пережившим насилие «Такую никто не возьмет»: как в традиционном обществе относятся к пережившим насилие

Отрывок из романа, в котором героиня выступила против традиционного общества

Forbes
Цукаты Цукаты

Рассказываем, как, где и когда возникла идея засахаривать фрукты

КАНТРИ Русская азбука
«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
«Призрачный свет» и другие фильмы о созидательной силе искусства «Призрачный свет» и другие фильмы о созидательной силе искусства

4 вдохновляющих фильма о целительной силе искусства

СНОБ
Работа над ошибками: какие просчеты совершает бизнес при цифровой трансформации Работа над ошибками: какие просчеты совершает бизнес при цифровой трансформации

Какие ошибки мешают цифровой трансформации?

Forbes
Михаил Шемякин: Я допускаю, что Высоцкий умер не сам Михаил Шемякин: Я допускаю, что Высоцкий умер не сам

Художник Михаил Шемякин о своем лучшем друге — Владимире Высоцком

СНОБ
Платина обошла палладий Платина обошла палладий

Что происходит с ценами благородных металлов

Деньги
Птицы против убийц! Как гуси работают охранниками в тюрьме в Бразилии Птицы против убийц! Как гуси работают охранниками в тюрьме в Бразилии

Так называемые агенты-гуси патрулируют периметр тюрьмы Сан-Педро-де-Алькантара

ТехИнсайдер
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
В гостях у Angry Birds В гостях у Angry Birds

О чем щебечет западный край страны – Куршская коса?

2Xplore
«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
В 14 лет работал на ФБР, а в 15 лет стал наркобароном! Удивительная история подростка из США В 14 лет работал на ФБР, а в 15 лет стал наркобароном! Удивительная история подростка из США

Ричард Верше-младший раскрыл крупнейший коррупционный скандал в истории Детройта

ТехИнсайдер
Подельники Подельники

Девять (помимо Брута) самых интересных заговорщиков против Цезаря

Дилетант
7 этапов в отношениях с манипулятором 7 этапов в отношениях с манипулятором

По какому сценарию обычно развиваются отношения с манипулятором?

Psychologies
9 упражнений, которые помогут не путать право и лево 9 упражнений, которые помогут не путать право и лево

Как научиться правильно определять направление и перестать путать лево и право

Psychologies
Библиотеки античности Библиотеки античности

Первые библиотеки человечества. Какова их судьба?

Знание – сила
Жаркое по-домашнему Жаркое по-домашнему

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

КАНТРИ Русская азбука
Бильярд на гробах и желто-синие бездны. Как Ван Гог опередил свое время Бильярд на гробах и желто-синие бездны. Как Ван Гог опередил свое время

Была ли история успеха Ван Гога случайностью и как он смог добиться признания?

СНОБ
10 советов для легкой сепарации от родителей 10 советов для легкой сепарации от родителей

Как сделать сепарацию ребенка от взрослых родственников наиболее безболезненной?

Psychologies
Осторожно: тромб! Осторожно: тромб!

10 неочевидных симптомов, которые могут сигнализировать о тромбах

Лиза
«Посреди моря всяческой несвободы» «Посреди моря всяческой несвободы»

Как Андрей Синявский перечитал русских классиков, чтобы найти путь на волю

Weekend
Открыть в приложении