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

Скорпионы и лавры: говорящие детали Скорпионы и лавры: говорящие детали

10 портретов-ребусов эпохи Возрождения

Вокруг света
Сделка со временем: как заработать на будущих доходах других людей Сделка со временем: как заработать на будущих доходах других людей

Можно ли «купить» будущее?

Forbes
«Женщина, на паровоз!» «Женщина, на паровоз!»

Женщины-машинисты электропоездов: история запретов и разрешений

Дилетант
Поразительные факты! Как фильмы Голливуда повлияли на пропаганду во время Второй мировой Поразительные факты! Как фильмы Голливуда повлияли на пропаганду во время Второй мировой

В 1942 году правительство США создало OWI и установило офис прямо в Голливуде

ТехИнсайдер
Уродливая Вселенная Уродливая Вселенная

Как концепция «прекрасного мироздания» вредит науке

Вокруг света
Город большого мифа и большой обиды Город большого мифа и большой обиды

Иркутск: место победы почвеннической литературы над современной архитектурой

Weekend
Дмитрий Кюлленен Дмитрий Кюлленен

Дмитрий Кюлленен — ресторатор, который создает неопанк-вайбы

Собака.ru
Первая мировая война: от первого лица — дневниковые записи и письма с фронта Первая мировая война: от первого лица — дневниковые записи и письма с фронта

Что чувствовали и думали самые разные люди, участвовавшие в Первой Мировой

Знание – сила
Восемь мифов о правильной еде Восемь мифов о правильной еде

Давно опровергнутые, но устоявшиеся представления о правильной еде

Здоровье
По полной программе: кто и как зарабатывает на разработчиках в ходе хакатонов По полной программе: кто и как зарабатывает на разработчиках в ходе хакатонов

Какие бывают хакатоны и какую пользу они приносят участникам и организаторам

Forbes
История песни Cerrone «Supernature», которая звучала на открытии Олимпиады в Париже История песни Cerrone «Supernature», которая звучала на открытии Олимпиады в Париже

«Supernature» — музыкальное произведение из категории «опередившие свое время»

Maxim
Революционный порядок и безопасность Революционный порядок и безопасность

Полномочия органов ОГПУ неуклонно расширялись...

Дилетант
Дайте два. Как провести лето, чтобы отдохнуть Дайте два. Как провести лето, чтобы отдохнуть

После отдыха летом нужен еще один отдых... Как это исправить?

Новый очаг
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
Психолог Владимир Дашевский: «Не надо лечить человека от самого себя» Психолог Владимир Дашевский: «Не надо лечить человека от самого себя»

Врач-психотерапевт о том, что можно и нельзя говорить в кабинете у психолога

Maxim
Я всегда с собой беру... Я всегда с собой беру...

Несколько простых, но неочевидных средств, которые выручат в экстренной ситуации

Новый очаг
«Маленькие белые рабовладельцы»: как табак влиял на войны, общество и моду «Маленькие белые рабовладельцы»: как табак влиял на войны, общество и моду

Как табак, вызывающий проблемы со здоровьем, стал спутником человека?

Forbes
Кто впервые стукнул по столу и крикнул «рыба!»: история появления легендарной игры домино Кто впервые стукнул по столу и крикнул «рыба!»: история появления легендарной игры домино

Когда и кем было придумано домино?

ТехИнсайдер
Троцкизм, как и было сказано Троцкизм, как и было сказано

Как с помощью «троцкизма» Сталин решил подорвать авторитет Троцкого

Дилетант
Россия и Африка на пути к сотрудничеству Россия и Африка на пути к сотрудничеству

Зачем нам надо изучать Африку как можно лучше и глубже?

Знание – сила
Не стоит принимать на веру: самые популярные лжетеории, у которых нет научных доказательств Не стоит принимать на веру: самые популярные лжетеории, у которых нет научных доказательств

Самые распространенные лженауки, которым не стоит доверять свою судьбу

ТехИнсайдер
Беспилотник научили обнимать деревья крыльями Беспилотник научили обнимать деревья крыльями

PercHug способен садиться на столбы и деревья, обхватывая их крыльями

N+1
Пресс-конференция Пресс-конференция

Как убрать «спасательный круг», получить осиную талию и заметные кубики?

Собака.ru
В поисках культурного кода В поисках культурного кода

Как у регионов страны сформировался ощутимый запрос на собственный стиль?

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Железный конь: каким был первый мотоцикл Железный конь: каким был первый мотоцикл

Почему первые мотоциклы не пользовались огромной популярностью

ТехИнсайдер
Аромат трав Средиземного моря: чем интересны белые вина из Риохи Аромат трав Средиземного моря: чем интересны белые вина из Риохи

В каких испанских винах стоит искать ноты белых фруктов?

СНОБ
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
Йох Йох

Весьма необычное национальное блюдо из кукурузной муки и курдючного сала

КАНТРИ Русская азбука
4 факта об обиде, которые помогут от нее освободиться 4 факта об обиде, которые помогут от нее освободиться

Почему обида пожирает нас больше, чем самого обидчика? Как с ней справиться?

Psychologies
Возрождая Третий Рим Возрождая Третий Рим

Основатель архитектурного бюро о будущем сталинского ампира

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Открыть в приложении