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

Космические тоннели Космические тоннели

Существуют ли кротовые норы?

Популярная механика
Поехали на машине? Поехали на машине?

«Для меня путешествия на машине — это свобода»

Новый очаг
Азиатские сообщества в Москве Азиатские сообщества в Москве

Азиатские коммьюнити: быт, страх и надежды их представителей

Правила жизни
Записки солдата Первой мировой Записки солдата Первой мировой

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

Знание – сила
Восход и закат Великой Восход и закат Великой

«Золотой век» дворянства, крепостной гнет и реформы царствования Екатерины II

Знание – сила
Наша прекрасная Анастасия Заворотнюк Наша прекрасная Анастасия Заворотнюк

Карьера, обретение личного счастья и роковая болезнь Анастасии Заворотнюк

Лиза
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
В 14 лет работал на ФБР, а в 15 лет стал наркобароном! Удивительная история подростка из США В 14 лет работал на ФБР, а в 15 лет стал наркобароном! Удивительная история подростка из США

Ричард Верше-младший раскрыл крупнейший коррупционный скандал в истории Детройта

ТехИнсайдер
Руины поэзии Руины поэзии

Петр Белый: гражданственный формализм

Weekend
Лев, Единорог и библиотека Лев, Единорог и библиотека

Что это за эмблема и какое удивительное здание охраняют фигуры Льва и Единорога?

Знание – сила
Россия и Африка на пути к сотрудничеству Россия и Африка на пути к сотрудничеству

Зачем нам надо изучать Африку как можно лучше и глубже?

Знание – сила
Зло с закрытыми глазами: как и почему люди становятся убийцами Зло с закрытыми глазами: как и почему люди становятся убийцами

Отрывок из книги Харальда Вельцера «Обыкновенные убийцы»

Inc.
Ученые подтвердили, что птичий грипп передается между млекопитающими Ученые подтвердили, что птичий грипп передается между млекопитающими

Ученые доказали факт передачи птичьего гриппа от млекопитающего к млекопитающему

ТехИнсайдер
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
Инновационные технологии в банковской сфере Инновационные технологии в банковской сфере

Современные тренды финтеха: чего ждать в ближайшем будущем

Наука и техника
Кругосветка по-новгородски Кругосветка по-новгородски

Как можно увидеть мировые достопримечательности, не покидая Россию

Лиза
Врагу не пожелаешь: 5 самых страшных тюрем в мире Врагу не пожелаешь: 5 самых страшных тюрем в мире

Рассказываем про самые жуткие тюрьмы в мире

ТехИнсайдер
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
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
Болезнь Минамата: самое крупное в истории отравление ртутью Болезнь Минамата: самое крупное в истории отравление ртутью

Болезнь Минамата: как употребление загрязненных морепродуктов влияет на здоровье

ТехИнсайдер
Статус или свобода: как разные поколения зарабатывают и тратят деньги Статус или свобода: как разные поколения зарабатывают и тратят деньги

Чем отличаются представления о ценности денег у разных поколений?

Psychologies
Редактирование генома: как ограничивают научные прорывы в России и мире, и при чем тут этика Редактирование генома: как ограничивают научные прорывы в России и мире, и при чем тут этика

Как в развитии науки переплетается этика и закон

Inc.
Чем угрожает живым цифровое бессмертие ушедших Чем угрожает живым цифровое бессмертие ушедших

Индустрия «цифрового бессмертия» — это не далекое будущее, это наше настоящее

ТехИнсайдер
9 упражнений, которые помогут не путать право и лево 9 упражнений, которые помогут не путать право и лево

Как научиться правильно определять направление и перестать путать лево и право

Psychologies
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
«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
Жаркое по-домашнему Жаркое по-домашнему

Кушанье назвали жар-блюдом, поскольку готовится оно на открытом огне

КАНТРИ Русская азбука
Фрагментация глобальной экономики Фрагментация глобальной экономики

О процессах фрагментации глобальной экономики

Деньги
«Нaполеон» «Нaполеон»

Еще один псевдопарижанин, павший в бою наших представлений о европейской кухне

КАНТРИ Русская азбука
Один на один с собой: почему топ-менеджерам не хватает общения и как это исправить Один на один с собой: почему топ-менеджерам не хватает общения и как это исправить

65% опрошенных беспокоят вопросы выстраивания стратегии и партнерской работы

Inc.
Открыть в приложении