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

Алгебра гармонии Алгебра гармонии

«Тайная вечеря» Дали — картина, построенная на пропорциях мировой гармонии

Вокруг света
Где жить хорошо, а куда лучше даже не соваться... Где жить хорошо, а куда лучше даже не соваться...

Куда ездить безопасно, а к каким городам лучше не приближаться?

P.I.C. Partner In Crime
Всевидящее око Иеремии Бентама Всевидящее око Иеремии Бентама

Иереми Бентам придумал план идеальной тюрьмы

Дилетант
Корова за генерала Корова за генерала

Как старосте староверской деревни подарили корову за спасение генерала Власова

Дилетант
История одной звездной системы История одной звездной системы

В 366 световых годах от нас находится гигантская звезда Дзета Змееносца

Наука и техника
Колеса пока не крутятся Колеса пока не крутятся

Почему блокчейн и цифровые активы не могут помочь с трансграничными расчетами

Монокль
Устаревшая версия Устаревшая версия

Отрывки из автобиографии легендарного Терминатора — Арнольда Шварценеггера

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Сухарно-судебная драма Сухарно-судебная драма

На протяжении двух недель Петербургский окружной суд ломился от светской публики

Дилетант
Чужой, Годзилла, Саурон: в честь кого теперь называют животных Чужой, Годзилла, Саурон: в честь кого теперь называют животных

Новые имена в биологии, которые отсылают к персоналиям или поп-культуре

Наука и техника
Через всю страну на двух колесах Через всю страну на двух колесах

Как проходила наиболее протяженная велогонка Red Bull Trans-Siberian Extreme

2Xplore
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
Как погибли и воскресли реки Европы – и при чем здесь Олимпийские игры 2024 Как погибли и воскресли реки Европы – и при чем здесь Олимпийские игры 2024

Какой вода была раньше в Сене и других реках Европы

ТехИнсайдер
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
«Не хочу быть кассиром»: почему зумеры отказываются от учебы и работы и плохо ли это «Не хочу быть кассиром»: почему зумеры отказываются от учебы и работы и плохо ли это

NEET: как зумеры придумали этот тренд и к чему он может привести?

Forbes
Толстые отложения углекислоты на ведомом полушарии Ариэля не отменили идею подповерхностного океана Толстые отложения углекислоты на ведомом полушарии Ариэля не отменили идею подповерхностного океана

«Джеймс Уэбб» обнаружил на Ариэле толстые отложения углекислотного льда

N+1
«Железный купол»: логика работы и техническое воплощение «Железный купол»: логика работы и техническое воплощение

О принципах работы и основах устройства эффективного противоракетного комплекса

Наука
Вежливость королей Вежливость королей

Тест-драйв гибридного кроссовера из Китая Wey 05

RR Люкс.Личности.Бизнес.
«Количество параллелей неправдоподобно огромное» «Количество параллелей неправдоподобно огромное»

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

Weekend
Что делают с багажом, который отбирают у пассажиров в аэропорту Что делают с багажом, который отбирают у пассажиров в аэропорту

Что происходит с конфискуемыми у пассажиров самолетов вещами?

Maxim
Нога в туннеле Нога в туннеле

Судмедэксперт Клас Бушманн приоткрывает тайны своей мрачной профессии

P.I.C. Partner In Crime
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
Гений места Гений места

Настоящие фанаты городов, которые открывают их и для себя, и для других

Новый очаг
Чебуреки Чебуреки

Они должны быть настолько сочными, чтобы, когда ешь их, аж по локтям текло

КАНТРИ Русская азбука
Олимпиада по запретам: как МОК не дает спортсменам рекламировать себя и зарабатывать Олимпиада по запретам: как МОК не дает спортсменам рекламировать себя и зарабатывать

Как работает коммерция на Играх, и что запрещается даже самым титулованным

Forbes
Неотделимая часть общества — фильмы о людях с расстройством аутистического спектра Неотделимая часть общества — фильмы о людях с расстройством аутистического спектра

Фильмы, которые репрезентируют людей с РАС

СНОБ
Как развивался Казахстан: от прощания с «наследством» СССР и дружбы со всеми до нефтяного богатства Как развивался Казахстан: от прощания с «наследством» СССР и дружбы со всеми до нефтяного богатства

О том, как развивался Казахстан и что повлияло на его политику и культуру

Inc.
Так и тянет стянуть Так и тянет стянуть

Клептомания: личные истории о жизни с этим диагнозом

P.I.C. Partner In Crime
Незваные гости Незваные гости

7 способов избавиться от сорняков на даче

Лиза
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
Психолог Юлия Дердо: Я по пальцам одной руки могу пересчитать семьи, которые бы не столкнулись с изменой Психолог Юлия Дердо: Я по пальцам одной руки могу пересчитать семьи, которые бы не столкнулись с изменой

Психолог Юлия Дердо — о семейных отношениях и изменах

СНОБ
Открыть в приложении