Виктор Михайлов - Физические основы получения атомной энергии

Положительный опыт эксплуатации первой атомной электростанции и успешные физические и инженерные исследования в области атомной энергетики позволили нам приступить к проектированию и строительству мощных атомных электростанций разных типов.

О грандиозной программе использования ядерной энергии для энергетических целей, осуществляемой в Советском Союзе, рассказал акад. И. В. Курчатов в статье «Некоторые вопросы развития атомной энергетики в СССР» [10].

Советский Союз располагает разнообразными природными энергетическими ресурсами на просторах Сибири. Богатые водные ресурсы позволяют получать в Сибири дешевую гидроэнергию, а на базе угольных карьеров — дешевую электрическую и тепловую энергию.

На ближайшие десятилетия имеющихся у нас ресурсов будет достаточно в Европейской части СССР, но в несколько более отдаленном будущем ядерная энергия может оказаться тем практически неисчерпаемым и относительно дешевым источником, который обеспечит изобилие энергии в этой части страны.

Мы ставим задачу создать атомную энергетику, которая, по крайне мере для условий Европейской части Союза, будет экономически более выгодной, чем угольная энергетика.

В связи с этим намечается строить крупные атомные электростанции мощностью на первое время около 400–600 тыс. квт каждая; только на крупных атомных электростанциях можно достигнуть экономически выгодных показателей. В 1956–1960 гг. намечено построить 5 больших атомных электростанций. По этой программе станции будут входить в строй с конца 1958 г.; часть их начнет работать в 1959 г., а некоторые — в 1960 г.

Атомные электростанции будут строиться в первую очередь в районах с дальнепривозным топливом. Поэтому две атомные электростанции общей мощностью в 1 млн. квт намечено построить на Урале. Атомная электростанция мощностью в 400 тыс. квт будет построена также вблизи от Москвы. Общая мощность атомных электростанций, которые должны быть пущены в шестой пятилетке, составит 2–2,5 млн. квт и будет сравнима с мощностью такой крупнейшей в мире электростанции, как, например Куйбышевская. Мощность вводимых в строй атомных электростанций превосходит, судя по опубликованным данным, аналогичные планируемые мощности атомных электростанций США и Англии.

Успехи, достигнутые в последнее время в развитии атомной энергетики, дают основание предполагать, что в недалеком будущем могут быть созданы передвижные атомные электростанции. Такие энергетические установки с успехом могут быть использованы в качестве источников электроэнергии в районах, отдаленных от баз снабжения горючим или подвергшихся сильному разрушению. Особенно эффективно передвижные атомные электростанции, смонтированные на автомашинах, могут быть использованы в войсках для обеспечения электроэнергией ремонтно-восстановительных частей и для производства других разнообразных работ.

На атомных электростанциях тепло, выделяющееся в реакторе, сначала преобразуется с помощью пара в механическую энергию, а уже затем в электрическую. Такой метод получения электрической энергии принципиально ничем не отличается от аналогичного метода, используемого в паросиловых установках обычных тепловых электростанций.

Наука давно уже установила, что коэффициент полезного действия любой тепловой установки тем больше, чем больше разность температур между нагревателем (парогенератором) и холодильником (конденсатором). Цепная реакция, осуществляемая в реакторе, позволяет в принципе получать очень высокие температуры, при которых коэффициент полезного действия установки приблизился бы к 100%. Однако отсутствие жаропрочных материалов, способных выдерживать высокие температуры, ограничивает реализуемые в реакторах температуры несколькими сотнями градусов, в связи с чем коэффициент полезного действия мощных атомных электростанций оказывается такого же порядка, как и у обычных тепловых электростанций (25–30%).

Возникает вопрос: нельзя ли избежать всех этих сложных и многократных превращений атомной энергии? Возможны ли другие пути превращения атомной энергии в электрическую? Оказывается, возможны, и притом несколько.

Один из намечающихся путей заключается в непосредственном превращении тепла, выделяющегося в цепной реакции или при радиоактивном распаде, в электрическую энергию с помощью так называемых термоэлектрических батарейили генераторов.