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

Испытание счастьем Испытание счастьем

Исландия: экстремально короткий световой день, шквальные ветры и ледяные дожди

Вокруг света
Фaршированные перцы Фaршированные перцы

Перец – хоть он и болгарский – дал зеленый свет многим кухням мира

КАНТРИ Русская азбука
В поисках ядерного буксира В поисках ядерного буксира

Почему ядерные корабли до сих пор не появились?

Популярная механика
Ингибиторы всасывания холестерина снизили риск развития рака печени Ингибиторы всасывания холестерина снизили риск развития рака печени

Прием ингибиторов всасывания холестерина связан со снижением риска рака печени

N+1
«Чистейший образец» «Чистейший образец»

Составить цельный образ Натальи Николаевны Гончаровой — сложная задача

Дилетант
Два месяца в открытом океане по своей воле: история врача-экспериментатора Алена Бомбара Два месяца в открытом океане по своей воле: история врача-экспериментатора Алена Бомбара

Как молодой врач стал первым человеком, в одиночку пересекшим Атлантику

ТехИнсайдер
Беспокойные создания: почему кошки так любят сбрасывать вещи со стола и полок Беспокойные создания: почему кошки так любят сбрасывать вещи со стола и полок

Откуда взялась повадка котов скидывать различные предметы с полок и столов?

ТехИнсайдер
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
Восемь мифов о правильной еде Восемь мифов о правильной еде

Давно опровергнутые, но устоявшиеся представления о правильной еде

Здоровье
Летотерапия Летотерапия

Простые летние тренинги, которые помогут достичь гармонии с собой

Лиза
За что умер Иван Сусанин? За что умер Иван Сусанин?

Кем был Иван Сусанин и чем он прославился?

Дилетант
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
Мария Дементьева Мария Дементьева

Мария Дементьева из Saro — любимый шеф значительного числа продвинутых фуди

Собака.ru
Файзуллаев вместо Мбаппе и женский почти чемпионат мира: все о футболе на Олимпиаде Файзуллаев вместо Мбаппе и женский почти чемпионат мира: все о футболе на Олимпиаде

Все о футболе на Играх: почему женские соревнования будут интереснее мужских

Forbes
Елена Мольченко об Александре Фатюшине: «Он снялся более чем в пятидесяти картинах, а зрители его запомнили по роли хоккеиста Гурина» Елена Мольченко об Александре Фатюшине: «Он снялся более чем в пятидесяти картинах, а зрители его запомнили по роли хоккеиста Гурина»

Учитель называл его «рязанским Марлоном Брандо»

Караван историй
Сердце коллектива Сердце коллектива

Не спешим влюбляться в коллегу: сначала просчитываем варианты развития событий

VOICE
Финикийцы Азиатского материка Финикийцы Азиатского материка

Как согдийцам суждено было сыграть блестящую роль в формировании письменностей

Знание – сила
Еда и напитки в самолете: что заказать, а от чего воздержаться Еда и напитки в самолете: что заказать, а от чего воздержаться

Стоит ли пить и есть в самолете: советы экспертов

РБК
Грамотный подход Грамотный подход

Об особенностях яхтенного детейлинга в беседе с Александром Трощинко

Y Magazine
Северо-восторг Северо-восторг

Открываем в России невероятные места (и учимся выговаривать их названия)

VOICE
Я — сноб: театральный режиссер Сергей Тонышев Я — сноб: театральный режиссер Сергей Тонышев

Режиссер Сергей Тонышев о любви, страхе быть искренним и Нижнем Новгороде

СНОБ
Разговоры о всяком Разговоры о всяком

«Папуля»: одноактная пьеса в кинотеатре

Weekend
Имитирующий мышцы спины экзоскелет снизит нагрузку на позвоночник при поднятии тяжестей Имитирующий мышцы спины экзоскелет снизит нагрузку на позвоночник при поднятии тяжестей

Инженеры разработали экзоскелет, предназначенный для снижения риска травм спины

N+1
Социализация и саморазвитие: почему для людей, переживших рак, так важна реабилитация Социализация и саморазвитие: почему для людей, переживших рак, так важна реабилитация

Как в России устроена реабилитация онкопациентов?

Forbes
Ушастая радость Ушастая радость

4 мифа о декоративных кроликах

Лиза
Детство без психотравм Детство без психотравм

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

Здоровье
Летние опыты Летние опыты

Спортивная активность летом: не будем пренебрегать мерами предосторожности

Лиза
Ребенок с большей вероятностью унаследует диабет, если он есть у его отца Ребенок с большей вероятностью унаследует диабет, если он есть у его отца

Как семейный анамнез влияет на развитие сахарного диабета первого типа у детей

ТехИнсайдер
Город большого мифа и большой обиды Город большого мифа и большой обиды

Иркутск: место победы почвеннической литературы над современной архитектурой

Weekend
Мой прадед, участник Великой войны Мой прадед, участник Великой войны

История генерал-майора Владимир Астафьев, типичного русского офицера

Знание – сила
Открыть в приложении