В большинстве своем люди слабо представляют устройство и принцип работы ядерного реактора. Обычно считается, что достаточно как-то там соединить между собой куски обогащенного урана и в проводах сразу же потек ток, обеспечивая энергией целый город. По крайней мере, так это выглядит на популярных картинках - АЭС (атомная электростанция) и рядом город и заводы, прямая связь, простая логика.
К тому же американские фильмы показывают возможность встраивания ядерного реактора прямиком в человека. Да, при этом произносятся обязательные в таких случаях слова о том, что это был гениальный ученый, поэтому само собой разумеется, что в этом нет ничего особенного - гениям все по силам. Тем более, никто не задается вопросом, как энергия встроенного ядерного, а то и термоядерного (а чего стесняться?) реактора преобразуется в кинетическую энергию полета? Ну, есть же реактор, в чем проблемы? Он дает энергию, человек летает!
Да, есть способ прямого преобразования энергии ядерного распада в электричество, но коэффициент полезного действия подобных устройств не столь уж велик. Да и способ работы таких преобразователей совершенно иной, нежели у промышленных атомных электростанций. Некоторые преобразуют тепловую энергию, выделяющуюся при ядерной реакции.
РИТЭГ (радиоизотопный термоэлектрический генератор) — радиоизотопный источник электроэнергии, использующий тепловую энергию, выделяющуюся при естественном распаде радиоактивных изотопов и преобразующий её в электроэнергию с помощью термоэлектрогенератора.
По сравнению с ядерными реакторами, использующими цепную реакцию, РИТЭГ и значительно меньше, и конструктивно проще. Выходная мощность РИТЭГа весьма невелика (до нескольких сотен ватт) при небольшом КПД. Зато в них нет движущихся частей и они не требуют обслуживания на протяжении всего срока службы, который может исчисляться десятилетиями.
Источник
Подобные генераторы используются не только в космосе для обеспечения энергией космических станций, но и в обычной жизни. Еще в советское время были разработаны компактные ядерные электростанции для использования в районах Крайнего Севера в малодоступных местах.
В начале 70х годов в СССР было принято решение создать необслуживаемый ядерный термогенератор большой мощности для обеспечения электричеством, отоплением и горячим водоснабжением удаленных населенных пунктов.
В 1981 году проект станции с романтическим названием "Елена" был готов. АТЭС ( атомная термоэлектрическая станция) была полностью необслуживаемой. Конструкция в собранном виде представляла цилиндр, закапываемый в землю. В конструкции нет никаких механизмов, насосов, двигателей, поэтому может работать без обслуживания до 30 лет. Генерирует до 100 кВт электрической и до 3000 кВт тепловой энергии. В принципе, этого с лихвой хватит для отопления целого поселка и еще и останется на огромную теплицу.
Для подтверждения точности расчетов была построена опытная станция АТЭС «Гамма» в Институте им. Курчатова. Станция проработала положенные 30 лет без единого происшествия. Причем ученные искусственно создавали критические режимы работы вплоть до полного короткого замыкания на входе - АТЭС «Гамма» выдержала все испытания.
Необслуживаемые, максимально автоматизированные, позволяющие работать многие годы, обеспечивая потребителя не только электричеством, но и теплом, они могли стать основой альтернативной энергетики Севера, но с развалом СССР остро встал вопрос охраны подобных источников высокоактивных изотопов от вандалов. Станции демонтировали. И активное участие в этом принял рыжий всесильный дядька, вставший у руля энергосистемы России (РАО ЕЭС) - ему конкуренты были не нужно. А ведь ученые доказывали высокую экономическую эффективность подобных станций в случае их активного внедрения в жизнь не только на Крайнем Севере.
Но вернемся к теме возможностей преобразования энергии делящегося атома в иную энергию. На самом деле вариантов преобразования много:
Виды и типы генераторов и элементов
Радиоизотопные источники питания подразделяются на:
Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГи): используются термоэлементы.
Радиоизотопные термоэмиссионные генераторы: используется термоэмиссионный преобразователь.
Радиоизотопные комбинированные генераторы: используются термоэмиссионный преобразователь (1-я ступень) и термоэлементы (2-я ступень преобразования).
Радиоизотопные паротурбинные генераторы: парортутные или пароводяные турбины и электрогенератор.
Атомные элементы: альфа- и бета-излучающие изотопы, помещённые в вакуумные капсулы, создают очень высокое напряжение при малых токах.
Атомные полупроводниковые элементы: облучение полупроводниковых сборок в заданном направлении.
Радиоизотопные пьезоэлектрические источники.
Радиоизотопные оптико-электрические источники.
Радиоизотопные источники высокопотенциального тепла: получение нагретых жидкостей (вода, топливо и др.) и газов для отопления, обогрева резервных батарей и др.
Радиоизотопные подогреватели и ионизаторы воздуха: подогрев (частичный) и сильная ионизация воздуха или кислорода, подаваемого в металлургические печи (интенсификация горения топлива).
Радиоизотопные реактивные двигатели: используются высококонцентрированные и тугоплавкие соединения радиоизотопов с максимальным выделением энергии для нагрева рабочих тел (водород, гелий), используемых в реактивных двигателях малой мощности (маневрирование спутников).
Источник
Но все они не могут разместиться в человеке, как бы не хотелось это авторам фантастических фильмов. Или слишком слабые, или требуют активного охлаждения и существенной защиты от излучения. Да, атомные батарейки используются для питания стимуляторов сердечной деятельности, но это источники очень слабого тока с малым количеством изотопа. И все это вместе взятое не является промышленной атомной электростанцией.
На самом деле АЭС мало чем отличается от обычной ТЭС (тепловой электрической станции) - она использует энергию делящегося атома для нагрева воды до состояния пара, который крутит турбину генератора, вырабатывающего электрический ток. Строго говоря, если в какой-то момент ядерное топливо категорически закончится, можно греть воду хоть дровами, лишь бы создать нужное давление пара. Просто ядерное топливо позволяет делать это более эффективно и значительно дольше.
Теперь понятно, почему рядом с АЭС стоят огромные конические башни, как их непременные спутники - это градирни, то есть системы охлаждения отработанного пара и возвращения воды в систему для повторного использования. Заметили, какие они огромные? Сравнили это с Железным человеком? Представили, как он решал задачу охлаждения своего ядерного реактора?
Ах, да, совсем забыл, а ведь это важно - вода, которую ядерный реактор превращает в пар, не является главным теплоносителем, потому что находится во внешнем, безопасном контуре. Тепло от активной зоны передается воде через промежуточные контуры теплоносителя, циркулирующего в замкнутом объеме. В некоторых случаях это даже не вода, а натрий или свинец.
Главная задача системы управления АЭС - удержать "дракона" в предоставленном ему объеме, то есть не дать активной зоне разогреться выше предельной температуры, вовремя пригасить реакцию, поглотив избытки нейтронов, позаботиться о том, чтобы хладоагент не перегрелся и не взорвал трубопроводы. Для этого АЭС снабжена множеством систем безопасности, главной задачей которых как раз и является исключение аварийных ситуаций на самых ранних стадиях.
Проше говоря, если что-то пошло не так, активную зону глушат, опуская поглотители нейтронов в зоны между топливными сборками. В самых сложных случаях нужно удалить и сами топливные элементы из активной зоны, если они начинают представлять опасность, угрожая разрушением конструкции.
Кстати, именно такая проблема является вполне реальной для многих украинских АЭС советской постройки. Киев пытается использовать для них топливные элементы американского производителя Westinghouse Electric - при эксплуатации они могут менять свои геометрические размеры, что приводит к проблемам с их извлечением из активной зоны в целях замены или устранения аварии. Атомная энергетика - очень тонкая система, не допускающая политических решений.
Итак, мы теперь знаем, как работает ядерная электростанция и, вспоминая Железного человека, задаемся вопросом - как ему удалось получить так много энергии в столь малом объеме реактора? Как он при этом не облучился и не сварился? Что двигало им при столь виртуозных полетах? Загадка! Тем не менее, мы видим, что Россия уже выводит ядерный буксир в космос, решив каким-то образом задачу охлаждения реактора. И это чрезвычайно сложная задача, требующая нестандартного подхода, ведь мы не можем охладить реактор обычным земным способом - единственный способ передачи тепла, доступный в условиях вакуума, - излучение, а это весьма малоэффективный способ. Тем не менее, решение было найдено.
Кстати, в СССР был ядерный двигатель для использования в ракетах. Проект был доведен до стадии испытаний в космосе, но СССР распался и проект просто закрыли. РД-0410 (Индекс ГРАУ — 11Б91, известен также как «Иргит» и «ИР-100») — первый и единственный советский ядерный ракетный двигатель. Был разработан в конструкторском бюро «Химавтоматика», Воронеж. Реактор прошёл значительную серию испытаний, но ни разу не испытывался на полную длительность работы. Внереакторные узлы были отработаны полностью.
Проект стартовал в 1947 году, то есть всего через два года после окончания Великой отечественной войны. В 1956 году советским ученым удалось убедить правительство в необходимости создания баллистической ракеты дальнего действия с атомным двигателем – это направление работ получило поддержку государства. Кстати, это вам ничего не напоминает? Буревестник? Нет?
Первый опытный ядерный ракетный двигатель был завершен лишь в 1966 году. Он имел удельный импульс 850-900 секунд, и это было только начало практической части проекта. Спустя 2 года стартовала разработка газофазного ядерного ракетного (ГФЯР) двигателя РД-600 с тягой 6 МН и удельным импульсом 2000 с. Под него начали создавать новую испытательную базу «Байкал-2».
К 1968 году на Семипалатинском полигоне было построено два испытательных стенда. Испытания проводились на специальной модели, включающей реальные системы двигателя. В ходе тестирования проверялась надёжность всей конструкции и взаимодействия отдельных её узлов.
В 1970 году был готов эскизный проект космической энергоустановки с газофазным ядерным ракетным двигателем ЭУ-610 мощностью 3,3 ГВт. Работы набирали ход.
В 1978 году состоялся энергетический пуск первого реактора ЯРД 11Б91, и к началу 1980-х годов первый ядерный ракетный двигатель начали обкатывать на стенде, доведя его до необходимых технических параметров. Оставалось провести реальные космические испытания уже готовой установки.
Но в это время к власти в СССР пришел Горбачев и началась так называемая «перестройка», в ходе которой передовые разработки сворачивались и останавливались, труды целой жизни выдающихся ученых буквально выбрасывались на помойки и продавались за бесценок «западным партнерам».
К началу 1990-х годов стало понятно, что РД0410 до космоса не доберется…
Не думаю, что Россия забыла об этом проекте. Скорее всего наработки СССР используются и в "Буревестнике" и в ядерном буксире "Нуклон", но все это так не похоже на ядерный реактор Железного человека.
Сможет ли человечество однажды на практике использовать энергию атома в обычной жизни без создания специальных систем безопасности и охлаждения? Найдется ли гениальный ученый, подобный Тони Старку, который укажет иной путь использования энергии атома - более безопасный, более эффективный? Скорее всего, однажды будет найден способ эффективного прямого преобразования энергии изотопов в электрическую энергию, позволяющий создать компактные источники энергии для использования в быту, автомобилях и самолетах. Может быть, но пока это сделать сложно - нужно защитить человека от опасного для жизни излучения.
Тем не менее, самое время вспомнить о наследии СССР и вернуть к жизни проект станции с романтическим названием "Елена", впрочем, как и многое другое, созданное гением советских ученых.
Автор кроме ведения блога еще и пишет книги. Недавно вышла в свет новая серия "Иной мир". Фантастические приключения героев на грани миров живых и умерших. Нет предела желаниям людей добиться желаемого, даже используя иной мир в своих интересах. Вы можете получить в подарок первую книгу из этой серии, оценить стиль автора и саму идею, чтобы сделать осознанный выбор - купить остальные 3 книги из этой серии! Думаю, это честный подход!
>>>>> Книги Сергея Шангина
© Copyright: Сергей Шангин, 2021
