Энергия будущего
Шрифт:
1 июля 1954 года "Правда" и другие газеты поместили на первых полосах такое сообщение: "В настоящее время в Советском Союзе усилиями советских ученых и инженеров успешно завершены работы по проектированию и строительству первой промышленной электростанции на атомной энергии полезной мощностью 5000 киловатт.
27 июня 1954 года атомная электростанция была пущена в эксплуатацию и дала электрический ток для промышленности и сельского хозяйства прилежащих районов".
Это известие облетело весь мир. Вот сообщения корреспондентов из-за рубежа.
"Лондон, 1 ИЮЛЯ (ТАСС)-
"Париж, 1 июля (ТАСС). Лондонский корреспондент агентства Франс Пресс передает, что сообщение о пуске в СССР первой в мире промышленной электростанции, работающей на атомной энергии, встречено в лондонских кругах специалистов-атомников с большим интересом. Англия, продолжает корреспондент, строит атомную электростанцию в Колдерхолле. Полагают, что она сможет вступить в строй не ранее чем через 2,5 года".
Успешное создание и работа первой АЭС в мире было важным событием по многим причинам. Прежде всего в какой-то мере был сломан психологический барьер - предубеждение людей вообще против атомной энергии. Было показано, что она может успешно служить делу мира и способствовать росту благосостояния человечества. Это событие имело и политическое значение: Советский Союз своим примером показывал, куда должны быть направлены усилия ученых, специалистов - не на создание еще более совершенных видов атомного оружия, а на развитие мирной атомной энергетики. И конечно, в первую очередь создание АЭС имело научно-техническое значение. По пути, проложенному ею, пошли десятки других станций, сооруженных в последующие годы в разных странах мира.
Решения приняты
В 1955 году в Женеве, впервые после второй мировой войны, собрались ученые разных стран на первую международную конференцию по атомной энергетике.
Советские специалисты сделали вызвавшее общий интерес сообщение об итогах годичной работы АЭС в Обнинске, о технических характеристиках и конструкциях атомного реактора и другого оборудования станции.
Это был первый опыт, позволивший сделать правильный вывод о надежности работы ядерного реактора подобного типа и его безопасности для обслуживающего персонала и населения, проживающего в районе ее р-асположения.
В настоящее время есть множество действующих реакторов, которые существенно различны. Если же учесть еще те, что задуманы и даже спроектированы, но не построены, то число модификаций составит несколько десятков.
Так, реактор первой АЭС, как мы уже говорили, уранграфитовый канального типа. То есть в качестве вещества, замедляющего нейтроны, в нем применен графит, а топливом является уран. Слова "канального типа" означают, что урановые тепловыделяющие элементы (стерженьки из урана) находятся в трубах, проходящих через графитовые блоки. В этих трубах и протекает вода, которая, отбирая энергию от урановых твэлов, кипит и испаряется.
Такая схема реактора, конечно, не единственно возможная. На упоминавшейся международной конференции по мирному использованию
Первое, что вносит многообразие, - это замедлитель нейтронов. Кроме графита, можно использовать обычную и тяжелую воду. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки.
Обычная вода, в молекуле которой два атома самого легкого элемента водорода, отлично замедляющего нейтроны, наиболее дешевый и очень эффективный замедлитель. Но есть у нее и недостатки: водород и кислород бесполезно поглощают нейтроны и тем ухудшают цепную реакцию. Чтобы она не затухала, приходится добавлять горючее - уран.
Почти совсем не поглощает нейтроны тяжелая вода - дорогой и дефицитный продукт. В ее молекуле не водород, а два атома дейтерия, о которых речь шла впереди.
Чтобы вода, используемая в качестве замедлителя, не кипела при довольно высокой температуре в 300 градусов, в системе нужно создавать давление в 100 атмосфер. Это, конечно, приводит к существенному усложнению реактора.
В качестве замедлителя пригодны и органические вещества, например газойль - даутерм, в состав которого входят углерод, водород и кислород. Даутерм относительно неплохо замедляет нейтроны, не очень сильно их поглощает и самое главное - не требует создания в реакторе больших давлений. Как будто бы всем он хорош.
Почти не вызывает коррозии, недорого стоит. Но, как и у каждого замедлителя, у него есть свои недостатки.
Во-первых, это соединение очень нестойкое. Нейтроны, обладающие большой энергией, разбивают молекулу даутерма, образуя при этом ненужные газообразные продукты. Во-вторых, под действием высокой температуры и облучения из этих частиц начинают образовываться тяжелые полимеры, которые как нагар осаждаются на поверхности тепловыделяющих элементов и, перекрывая проходное сечение для теплоносителя, затрудняют отвод тепла. Кстати, о теплоносителе.
Для отвода тепла от реактора можно использовать различные вещества, которые также влияют на конструкцию реакторов. Здесь обычная и тяжелая вода в кипящем и некипящем состоянии и те же самые, используемые в качестве замедлителя, органические вещества.
Применяются также и газообразные теплоносители: углекислый газ, азот, гелий. В реакторах-размножителях ча быстрых нейтронах удобным теплоносителем оказался натрий. Различным типам теплоносителей, как и многим замедлителям, свойственны определенные преимущества и недостатки.
Мы коснулись только двух составляющих реактора:
замедлителя и теплоносителя, определяющих тип реактора. А ведь нужно самым оптимальным образом выбрать еще и тепловыделяющий элемент! В каком виде удобнее использовать в нем ядерное горючее - уран?
В виде металла или его двуокиси? А может быть, лучше применить карбид урана или какой-либо его сплав?
Имеют значение форма и размеры тепловыделяющих элементов (оболочки), в которых заключается ядерное горючее. Надежнее всего были бы твэлы из стали, но она сильно поглощает нейтроны. Пришлось уран заключать в циркониевые либо алюминиевые оболочки, слабо поглощающие нейтроны.