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

Просто огонь: Как устроен боевой робот «Папочка» Просто огонь: Как устроен боевой робот «Папочка»

Как надо строить роботов-гладиаторов

ТехИнсайдер
Самок лягушек заподозрили в сексуальном каннибализме Самок лягушек заподозрили в сексуальном каннибализме

Зоологи зафиксировали попытку золотистой литории съесть потенциального партнера

N+1
Роза севера Роза севера

Самые могущественные во Франции «спонсоры» подарили Шартрскому собору розу

Вокруг света
Не распущенность, а выживание: как Жозефин Батлер защищала проституированных женщин Не распущенность, а выживание: как Жозефин Батлер защищала проституированных женщин

Как Жозефин Батлер защищала права женщин, продававших свое тело

Forbes
Маршал Воробьёв, инженер Победы Маршал Воробьёв, инженер Победы

Маршал Михаил Петрович Воробьёв сделал очень многое для обороны Москвы

Дилетант
Балтимор слезам не верит Балтимор слезам не верит

«Женщина в озере»: сериальный дебют Натали Портман

Weekend
Жить будут Жить будут

Как восстановить поврежденные в отпуске волосы – рассказывает эксперт

Лиза
«Дайте свет!»: почему энергосистемы мира не справляются с жарой и энергопереходом «Дайте свет!»: почему энергосистемы мира не справляются с жарой и энергопереходом

Почему энергосистемы не выдерживают жару? Можно ли решить эту проблему?

Forbes
Окрошка Окрошка

Самый любимый в России освежающий летний суп

КАНТРИ Русская азбука
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
Как United Airlines обслуживает клиентов с помощью ИИ и сколько она на этом выиграла, а не потеряла Как United Airlines обслуживает клиентов с помощью ИИ и сколько она на этом выиграла, а не потеряла

United Airlines использует ИИ, чтобы передавать клиентам важную информацию

Inc.
Парфюмер Вадим Рожнов — Forbes: «Интернет учится говорить на языке ароматов» Парфюмер Вадим Рожнов — Forbes: «Интернет учится говорить на языке ароматов»

Гендиректор «Сержио Неро» — о международном опыте и технологиях в парфюмерии

Forbes
«Конверт при вскрытии порван» «Конверт при вскрытии порван»

Как старый партийный деятель пытался шутить с Ежовым о работе НКВД

Дилетант
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
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
Библиотеки античности Библиотеки античности

Первые библиотеки человечества. Какова их судьба?

Знание – сила
Остров спокойствия Остров спокойствия

Serenissima 1 — плод сотрудничества турецкой верфи и итальянского дизайн-бюро

Y Magazine
Россия выпала из топ-10 самых DDoS-атакуемых стран на фоне выборов по всему миру Россия выпала из топ-10 самых DDoS-атакуемых стран на фоне выборов по всему миру

Россия покинула список десяти самых DDoS-атакуемых стран мира

Forbes
«Извините, автор умер». Как смотреть фильмы Бергмана и Антониони «Извините, автор умер». Как смотреть фильмы Бергмана и Антониони

Чем похожи Антониони и Бергман и как правильно смотреть их фильмы?

СНОБ
Нобелевские премии по физике в контексте истории Нобелевские премии по физике в контексте истории

Почему Нобелевскую премию Эйнштейну дали так поздно?

Наука и жизнь
Полезная привычка на будущее: зачем и когда девочке идти к детскому гинекологу Полезная привычка на будущее: зачем и когда девочке идти к детскому гинекологу

Как подготовить дочь к первому визиту к гинекологу?

Forbes
Корова за генерала Корова за генерала

Как старосте староверской деревни подарили корову за спасение генерала Власова

Дилетант
«Способность совершать зло не есть могущество» «Способность совершать зло не есть могущество»

Как была написана одна из главных книг в истории европейской мысли и о чем она

Weekend
Красненькая пошла Красненькая пошла

Как отвращение к насилию превратило Сэма Пекинпа в «кровавого Сэма»

Weekend
4 вопроса, на которые надо себе ответить, если вы завязываете отношения онлайн 4 вопроса, на которые надо себе ответить, если вы завязываете отношения онлайн

Четыре важных вопроса, на которые надо ответить, завязывая виртуальный роман

Psychologies
Корабль-призрак Корабль-призрак

Как генерал де Голль боролся с долларом США

Деньги
Вездесущий клещ Вездесущий клещ

Нина Тикунова поделилась своим видением клещевой проблемы в России и в мире

Наука
«Художества и науки» в Петербургской Академии наук 1724—1803 «Художества и науки» в Петербургской Академии наук 1724—1803

О появлении современной науки: Великая дивергенция и благотворное влияние церкви

Знание – сила
Только без паники Только без паники

Пять причин повышенной тревожности

Лиза
Как нравиться людям Как нравиться людям

12 шагов, чтобы стать приятным собеседником

Лиза
Открыть в приложении