В комментариях к одной из статей, речь в которой шла о применении композитных материалов в ядерной энергетике, был задан вопрос, зачем там тугоплавкие материалы нужны, – зачем увеличивать рабочую температуру? Желательно это просто для повышения КПД, но вопрос вызвал интересные ассоциации. С реактором, проектировавшимся ещё в СССР – в 80-х годах прошлого века.
Теплоносители – вечная тема в ядерной энергетике, ибо существования хороших веществ для выполнения данной функции вселенная почему-то не предусмотрела. Другой вопрос, что каждый из вариантов плох чем-то по-своему, чем-то же и хорош. Гелий в частности идеален сразу в нескольких отношениях. Во-первых, это газ инертный, никак, соответственно, не взаимодействующий химически с конструкцией реактора. Во-вторых, только гелий абсолютно устойчив радиационно. Проходя через активную зону, он не активируется, – не становится радиоактивным сам. Ну и, наконец, гелий – газ. То есть, температура может быть сколь угодно высокой. Газ-то точно не закипит.
Из недостатков же очевидным казалась лишь низкая теплоёмкость, которая даже и высока. Но – на единицу массы. Плотность же у гелия крошечная. Ну, значит, придётся поднять давление.
В итоге всё, конечно, оказалось не так просто. Гелий хотя и не водород, но при высокой температуре и давлении проявляет сходные с водородом свойства, – уходит через сплошной металл. И это не на пользу металлу. Проникновение гелия в материалы, по идее газонепроницаемые, вызывало эффекты подобные химической коррозии.
Как следствие же разрушения конструкции, гелий оказался склонен загрязняться примесями, включая и такие, каких в реакторе на момент запуска в принципе быть не могло. Но газы в ассортименте появлялись в процессе распада изотопов. Примеси же, – часто радиоактивные, – уничтожали главное достоинство теплоносителя. Утечка перестала казаться безопасной. Зато, в свете вышеупомянутой склонности «благородного» гелия грызть самые прочные сплавы, начинала казаться вероятной… Но не суть.
Интересной деталью проекта являлась идея использования раскалённого теплоносителя в нуждах чёрной металлургии. Внезапно, тепло экономически выгоднее использовать как таковое, чем переводить в электрическую энергию. Потерь меньше. Предполагалось, что потоком гелия, – без всякого кокса, – можно восстанавливать железо. Соединения железа с кислородом начинают распадаться при 560 и окончательно распадаются при 1600 градусах. При этом кислород не войдёт в состав углекислого газа, соединившись с углеродом из кокса, а покинет зону реакции вместе с гелием. Чтобы систему не усложнять, кислород предполагалось сбрасывать в атмосферу.
До рассмотрения вопроса, как гелий и кислород разделить, дело тогда не дошло. Но сам замысел экологически чистой ядерной металлургии смотрелся интересно. Тем не менее, до сих пор, даже при восстановлении металлов электролизом, кислород соединялся с углеродом. Способ получения алюминия без выброса углекислоты запатентован в России только сейчас, и внедряется одним из крупнейших производителей этого металла в мире компанией «РУСАЛ». Отказ от блоков из углеродсодержащих материалов при электролизе, позволяет на тонну алюминия получать ещё и 900 килограммов чистого кислорода.