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

«Техническое айкидо» «Техническое айкидо»

Делить энергию на возобновляемую и исчерпаемую — путь тупиковый

Наука и техника
Упасть с высоты 5200 метров и не умереть: история Ларисы Савицкой пережившей авиакатастрофу над тайгой Упасть с высоты 5200 метров и не умереть: история Ларисы Савицкой пережившей авиакатастрофу над тайгой

Авария, которая забрала у Ларисы Савицкой возлюбленного и научила ценить жизнь

ТехИнсайдер
Инь-ян Инь-ян

Что означает древний символ инь-ян и как применять его силу на практике

Лиза
Как проверить жесткость воды в домашних условиях: элементарные методы Как проверить жесткость воды в домашних условиях: элементарные методы

Наиболее простые способы узнать жесткость воды в доме или квартире

ТехИнсайдер
Валентина Шарыкина: «Путевку в актерскую жизнь мне дал Миронов...» Валентина Шарыкина: «Путевку в актерскую жизнь мне дал Миронов...»

«В Театре сатиры актеров, занятых в «Кабачке», называли «халтурщиками»

Коллекция. Караван историй
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.
Пояс верности — это не более, чем миф. Рассказываем, как такое получилось Пояс верности — это не более, чем миф. Рассказываем, как такое получилось

Кто и зачем изобрел пояс верности? Существовал ли он на самом деле?

ТехИнсайдер
Постройте свою деревню: простое упражнение, которое поможет стать счастливым без партнера Постройте свою деревню: простое упражнение, которое поможет стать счастливым без партнера

Обязаны ли мы быть счастливы в одиночестве?

Psychologies
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
Аннигиляция в вопросах и ответах Аннигиляция в вопросах и ответах

Что такое аннигиляция?

Наука и жизнь
Как книга Гете «Страдания юного Вертера» спровоцировала суициды в Европе! Интересная история Как книга Гете «Страдания юного Вертера» спровоцировала суициды в Европе! Интересная история

Как роман Гете создал феномен «Эффект Вертера»

ТехИнсайдер
Вот почему вы не видите свой нос! Вы поразитесь этим фактам о мозге и зрении! Вот почему вы не видите свой нос! Вы поразитесь этим фактам о мозге и зрении!

Почему наш мозг игнорирует некоторые стимулы извне?

ТехИнсайдер
И ты, Иван? И ты, Иван?

Почему гетман Иван Мазепа предал своего царя?

Дилетант
Руины поэзии Руины поэзии

Петр Белый: гражданственный формализм

Weekend
«Лето, лето, сказочное лето! От чудес кружится голова…» Стихи Тимофея Белозерова. Летние театры Российской империи «Лето, лето, сказочное лето! От чудес кружится голова…» Стихи Тимофея Белозерова. Летние театры Российской империи

Легендарные летние дачные театры Российской империи

Караван историй
«Без технóты нет работы у пилотов». Обслуживание авиатехники «Без технóты нет работы у пилотов». Обслуживание авиатехники

Из каких этапов состоит техобслуживание летательных аппаратов

Наука и техника
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
Ностальгия по СССР: куда советские туристы плавали в зарубежные круизы Ностальгия по СССР: куда советские туристы плавали в зарубежные круизы

Как в СССР продвигался международный туризм

ТехИнсайдер
Первый премьер императорской России Первый премьер императорской России

Железнодорожник, путеец, лидер и главный «мотор» команды Александра III

Знание – сила
Тебе запрещено медитировать, если у тебя есть эти проблемы: какие и почему — объясняет психотерапевт Тебе запрещено медитировать, если у тебя есть эти проблемы: какие и почему — объясняет психотерапевт

Кому запрещено медитировать, чтобы не случилось проблем?

VOICE
Искусственный интеллект изменил прогнозирование погоды! И вот чего ждать в будущем от ИИ Искусственный интеллект изменил прогнозирование погоды! И вот чего ждать в будущем от ИИ

Почему искусственный интеллект точнее и быстрее прогнозирует погоду?

ТехИнсайдер
«Брянский сад» заложит яблоки на хранение «Брянский сад» заложит яблоки на хранение

«Брянский сад» запустил первую очередь современного хранилища на 5 тыс. т

Агроинвестор
Записки солдата Первой мировой Записки солдата Первой мировой

Нас было 45 человек, лица всех закопчены дымом и в грязи

Знание – сила
Летотерапия Летотерапия

Простые летние тренинги, которые помогут достичь гармонии с собой

Лиза
С особым Шармом: как сегодня меняется отдых на знаковом египетском курорте всех времен С особым Шармом: как сегодня меняется отдых на знаковом египетском курорте всех времен

Как и почему отпуск в Египте снова вырывается в топ и авангард

Правила жизни
FLNG «Prelude» FLNG «Prelude»

Что представляют собой плавучие заводы-хранилища сжиженного природного газа?

Наука и техника
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
«Сначала действуйте, потом думайте» и еще 5 способов улучшить сексуальное общение «Сначала действуйте, потом думайте» и еще 5 способов улучшить сексуальное общение

Есть некоторые общие принципы, по которым строится разговор о близости в паре

Psychologies
Недетская анимация: какие реальные психические процессы показаны в мультфильме «Головоломка-2» Недетская анимация: какие реальные психические процессы показаны в мультфильме «Головоломка-2»

Какие научные доводы легли в основу «Головоломки-2»?

ТехИнсайдер
«Количество параллелей неправдоподобно огромное» «Количество параллелей неправдоподобно огромное»

Александр Родионов о сериале «Чистые», проститутках и хулиганах в 1903 году

Weekend
Открыть в приложении