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

Чудеса системы Сатурна: два безумных океана Чудеса системы Сатурна: два безумных океана

Система Сатурна – настоящее собрание диковин и чудес

Наука и техника
Универсальный фри Универсальный фри

Кто придумал жарить картофель и почему его любят почти во всех странах мира?

Наука и жизнь
Наполеон: в императоры из республиканца Наполеон: в императоры из республиканца

Диктатура Наполеона слишком изменила и страну, и народ

Дилетант
Погибших от чумы горожан из Буржа похоронили в сельской местности Погибших от чумы горожан из Буржа похоронили в сельской местности

Ученые проанализировали останки 97 человек из средневекового сельского некрополя

N+1
Человеческий фактор Человеческий фактор

Как голландцы спасли свои каналы, а упавший самолет – целый район?

Вокруг света
Повод для волнений Повод для волнений

Почему собиратели искусства переживают за свои коллекции?

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Сладкое время для молодоженов: почему месяц после свадьбы зовется медовым Сладкое время для молодоженов: почему месяц после свадьбы зовется медовым

Мы решили разобраться в происхождении термина медового месяца

ТехИнсайдер
Детство без психотравм Детство без психотравм

Что такое психологическая травма, и всякий ли стресс опасен для ребёнка?

Здоровье
Распознать неладное Распознать неладное

7 сигналов, что это не «просто забота», что бы ни говорил внутренний голос

P.I.C. Partner In Crime
Что такое True Tone на iPhone и как правильно настроить эту функцию Что такое True Tone на iPhone и как правильно настроить эту функцию

Собрали все факты о True Tone: как настроить и что это вообще такое

CHIP
Все умерли Все умерли

10 героев сериалов, которых прикончили их безжалостные авторы

Weekend
Почему у вас шелушатся стопы Почему у вас шелушатся стопы

Почему шелушится кожа на стопах и что с этим можно сделать?

ТехИнсайдер
Сон в летнюю ночь. Сколько надо спать и как всегда высыпаться Сон в летнюю ночь. Сколько надо спать и как всегда высыпаться

Сколько опасностей таит в себе, на первый взгляд, безобидная бессонница?

Лиза
7 этапов в отношениях с манипулятором 7 этапов в отношениях с манипулятором

По какому сценарию обычно развиваются отношения с манипулятором?

Psychologies
Душа обязана убиться Душа обязана убиться

«Собиратель душ»: Николас Кейдж в главном хорроре года

Weekend
ИИ решил математические задачи Международной олимпиады школьников ИИ решил математические задачи Международной олимпиады школьников

ИИ от DeepMind почти взял золотую медаль на Международной олимпиаде школьников

ТехИнсайдер
Диморф унаследовал валуны от Дидима Диморф унаследовал валуны от Дидима

Планетологи сравнили распределение размеров валунов на астероидах Дидим и Диморф

N+1
Как продать подержанную мебель: 5 правил, которые помогут заработать на расхламлении Как продать подержанную мебель: 5 правил, которые помогут заработать на расхламлении

Правила, которые помогут продать диван или комод с максимальной выгодой

VOICE
Что делают пилоты, если самолет попадает в зону турбулентности: неожиданный ответ Что делают пилоты, если самолет попадает в зону турбулентности: неожиданный ответ

Может ли тряска привести к авиакатастрофе?

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
Время собирать камни Время собирать камни

Топ мест в России, где можно увидеть самые захватывающие валуны

2Xplore
Стиль «тихая роскошь» Стиль «тихая роскошь»

Zeelander 5 с полностью кастомным интерьером и ограниченной серией

Y Magazine
Казахстанский хоррор «Дастур»: почему его нужно посмотреть всем, кто увлекается психологией Казахстанский хоррор «Дастур»: почему его нужно посмотреть всем, кто увлекается психологией

Каким получился дебютный фильм Куаныша Бейсекова «Дастур»?

Psychologies
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
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
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
Город под землей: как строилось Московское метро Город под землей: как строилось Московское метро

Московское метро началось с одной линии протяженностью всего девять километров

ТехИнсайдер
Из газеты в Белый дом: как Жаклин Кеннеди помогла мужу стать президентом Из газеты в Белый дом: как Жаклин Кеннеди помогла мужу стать президентом

Какой была первая леди, которая запомнилась миру не меньше, чем ее муж-президент

Forbes
Уха Уха

Уха! Этот прозрачный отвар – апофеоз рыбьего предназначения

КАНТРИ Русская азбука
Преступление-загадка! Как в Бангкоке нашли 6 мертвецов, которых отравили цианидом Преступление-загадка! Как в Бангкоке нашли 6 мертвецов, которых отравили цианидом

Как именно отравились цианидом трое мужчин и женщин в комнате, запертой изнутри?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении