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

НИТКА, ведущая в небо НИТКА, ведущая в небо

Что скрывается за аббревиатурой НИТКА и какого ее предназначение?

Наука и техника
Как вывести лишнюю воду из организма и убрать отеки: советы врача Как вывести лишнюю воду из организма и убрать отеки: советы врача

Когда вода не приносит пользы, нужно ли ее выводить из организма?

РБК
Парижский чемодан полпреда Парижский чемодан полпреда

Невероятная находка в Париже: автограф Кузмина и тайны Серебряного века!

Дилетант
Йох Йох

Весьма необычное национальное блюдо из кукурузной муки и курдючного сала

КАНТРИ Русская азбука
Сердце африканского духа Сердце африканского духа

У трапа Париж – Кайенна пассажиры словно по команде достают зеленые буклеты

Вокруг света
Достоевский на улице Сезам Достоевский на улице Сезам

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

Weekend
Балтика на волне Балтика на волне

Судоверфи Балтийской акватории помогут преодолеть дефицит грузового флота

Монокль
Шaрлотка с яблоками Шaрлотка с яблоками

Десерт, известный как charlotte russe, в СССР был переименован в яблочную бабку

КАНТРИ Русская азбука
Крис Пратт, Кевин Костнер, Риз Уизерспун: сколько актеры зарабатывают на сериалах Крис Пратт, Кевин Костнер, Риз Уизерспун: сколько актеры зарабатывают на сериалах

Знаменитые актеры все чаще отдают предпочтение сериалам

Forbes
Голова в облаках Голова в облаках

Как отключиться от мыслей о делах?

VOICE
«Академикам-медикам не нашлось места в зале общего собрания» «Академикам-медикам не нашлось места в зале общего собрания»

Исполнилось 80 лет со дня основания медицинской академии наук СССР

Наука
Яичница-глaзунья Яичница-глaзунья

Самое простое и самое великое, что можно представить в кулинарии, – это яйцо

КАНТРИ Русская азбука
Договорной брак: ловушки отношений без любви Договорной брак: ловушки отношений без любви

Как быть и что делать в ситуации, когда муж не соглашается на развод

СНОБ
Эчпочмак Эчпочмак

Иногда визитная карточка может быть и треугольной!

КАНТРИ Русская азбука
Как выбрать лучший парашют? Как выбрать лучший парашют?

Как определить оптимальную форму парашюта для системы спасения полезного груза?

Наука и техника
Свобода от нарцисса: как защититься от вторжений после расставания Свобода от нарцисса: как защититься от вторжений после расставания

Как защититься от вторжений бывшего в вашу жизнь?

Psychologies
Светлана Волкова: Надо прочитать пару погонных метров исторической литературы, чтобы создать одну страничку Светлана Волкова: Надо прочитать пару погонных метров исторической литературы, чтобы создать одну страничку

Светлана Волкова о том, почему интересно описывать жизнь в предчувствии урагана

СНОБ
Избегаем неприятных инцидентов: что можно, а что нельзя есть перед анальным сексом Избегаем неприятных инцидентов: что можно, а что нельзя есть перед анальным сексом

Каких правил питания стоит придерживаться перед анальным сексом?

VOICE
Франчайзинг в ресторанном бизнесе: возврат инвестиций, масштабирование, реновация Франчайзинг в ресторанном бизнесе: возврат инвестиций, масштабирование, реновация

Какие бизнес-стратегии окупаются быстрее всего и как избежать рисков

Forbes
«Презренный человек» «Презренный человек»

Эта статья была опубликована в газете «Правда» 24 августа 1940 года без подписи

Дилетант
«Человечество не допустит катастрофы»: как гаджеты меняют работу мозга — разбор с нейробиологами «Человечество не допустит катастрофы»: как гаджеты меняют работу мозга — разбор с нейробиологами

Что происходит с нашим мышлением и чувствами в условиях цифровой реальности?

Psychologies
Как американка спасла дочь от тяжелой болезни и заработала миллиарды Как американка спасла дочь от тяжелой болезни и заработала миллиарды

Как болезнь дочери сподвигла Мартину Ротблатт создать биотех-компанию

Forbes
Впервые за 10 лет пустыня Атакама расцвела зимой Впервые за 10 лет пустыня Атакама расцвела зимой

Впервые за десятилетие растения в пустыне Атакама начали цвести в середине зимы

ТехИнсайдер
Титановое сердце на дисковых насосах Титановое сердце на дисковых насосах

Потребность в пересадке сердца в России составляет тысячи операций в год

Наука
Недетские вопросы: чему равняется масса облака, и почему оно не падает на Землю? Недетские вопросы: чему равняется масса облака, и почему оно не падает на Землю?

Если облака такие тяжелые, почему они не падают на Землю?

ТехИнсайдер
Треугольник Карпмана в психологии: роли, примеры и пути выхода из деструктивных отношений Треугольник Карпмана в психологии: роли, примеры и пути выхода из деструктивных отношений

Как работает треугольник Карпмана в отношениях и как из него выйти?

Psychologies
Лето в городе Лето в городе

Как интересно провести время на отдыхе в городе

Здоровье
«Я стала делать все сама, и это облегчило мою жизнь»: решение читательницы комментирует психолог «Я стала делать все сама, и это облегчило мою жизнь»: решение читательницы комментирует психолог

Можно ли полагаться в этой жизни только на себя?

Psychologies
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.
Мягкого робота научили отбрасывать ноги Мягкого робота научили отбрасывать ноги

Новый тип соединения для роботов, который позволяет им отбрасывать конечности

N+1
Открыть в приложении