Филлип Рэн - Атомная проблема

Ядерный реактор позволяет:

— производить плутоний;

— вырабатывать тепловую энергию;

— получать радиоактивные изотопы.

Реакторы, называемые первичными [10] Термины «первичный реактор» и «вторичный реактор» в советской литературе по ядерной технике не приняты. Искусственное ядерное горючее может получаться либо в так называемых воспроизводящих реакторах, либо в реакторах-размножителях. Реакторы, используемые главным образом для производства энергии, называются энергетическими. — Прим. ред. , служат для получения плутония, поэтому тепло является в них лишь побочным продуктом. Обычно считают, что в таком реакторе на каждые 1000 квт мощности производится в день 1 г плутония. Таким образом, Маркульский реактор G-1, имеющий мощность 40 тыс. квт, должен ежегодно давать около 15 кг плутония.

Так называемые вторичные реакторы предназначаются в основном для производства тепловой энергии; получаемый при этом плутоний является побочным продуктом.

Как мы уже говорили выше, энергия, высвобождающаяся в результате деления ядер урана, выступает в форме тепловой энергии. Последняя в определенных условиях может либо превращаться в электрическую, либо непосредственно использоваться в качестве источника движения в транспортных силовых установках.

Рассмотрим в общих чертах эти основные способы использования ядерной энергии.

а) Атом как «источник электроэнергии».

Мощность ядерных реакторов измеряется в киловаттах. Но это, так сказать, тепловые киловатты. Чтобы перевести их в электрические, нужно применить формулу Карно с учетом качества производимого тепла, которое зависит от температуры поступающей из реактора жидкости.

На современных тепловых электростанциях коэффициент полезного действия достигает 25 %, в то время как на первых атомных электростанциях он пока не превышает 10–15 %. Это объясняется тем обстоятельством, что расщепление уранового горючего в реакторах не может быть доведено до конца, так как в результате многочисленных столкновений с ядрами урана нейтроны «загрязняют» ядерное горючее, что приводит к замедлению, а в некоторых случаях и к полному прекращению цепной реакции. Например, в реакторе, построенном в Сакле, температура теплоносителя на выходе равна 130°, в реакторе G-1–220°, в реакторе G-2 (второй строящийся в Маркуле реактор) — 280°. В реакторе, установленном на подводной лодке «Наутилус», удается нагреть воду до 315°. Через два года специалисты надеются довести температуру теплоносителя на выходе из реактора до 500°. Тогда к.п.д. на атомных электростанциях будет примерно таким же, как и на тепловых.

При таком невысоком к.п.д. количество электроэнергии, которое можно получать на ядерных электростанциях, сравнительно невелико. Например, мощность реактора G-1 составляет 40 тыс. квт. Но поскольку это только тепловые киловатты, а к.п.д. этого реактора равен 12 %, количество получаемой из этого тепла электроэнергии не будет превышать 5 тыс. квт. Между тем для обеспечения работы самого реактора требуется затратить энергию в 8 тыс. квт. Отсюда можно заключить, что реактор G-1 потребляет больше энергии, чем производит. Впрочем, нельзя забывать, что этот реактор предназначается не для выработки электроэнергии, а для получения плутония.

Лет через пять на земном шаре, вероятно, будет до десятка крупных атомных электростанций мощностью от 100 до 200 тыс. квт каждая.

К 1975 году эта цифра, по всей вероятности, увеличится вдвое. В Великобритании атомные электростанции будут покрывать 40 % всех потребностей в электроэнергии, в остальных странах Европы — 10 %, в США и Канаде — 15–20 %, а в Советском Союзе, по-видимому, еще больше.

Наконец, ученые считают, что к 2000 году атомные электростанции будут обеспечивать удовлетворение трех четвертей мировой потребности в электроэнергии.

Следует отметить, что электричество на атомных электростанциях вырабатывается за счет тепла, являющегося промежуточным продуктом. Поскольку электрические заряды в ядерной реакций не используются и пропадают даром, возникает вопрос, нельзя ли получать электричество непосредственно без промежуточной стадии, что, без сомнения, значительно повысило бы к.п.д. атомных электростанций. Есть все основания полагать, что в ближайшем будущем ученым удастся создать специальные конденсаторы, и эта задача будет решена.