Технополис завтра
Самое важное. Самое полезное. Самое интересное...
Новости Бывало...

Рождение кентавра. Часть1 (CIV43, NUC18)

15.04.2013

Вся история цивилизации до изобретений эпохи угля и пара, если рассматривать её с энергетически-негэнтропийной точки зрения — это людские руки (читай:  =рабы и крестьяне), камень и кость, как орудия этих людей; и дрова или кизяк, чтобы согреться в холодную зиму.

Однако, шаг за шагом, очень постепенно, круг цивилизационных орудий расширяется — сначала вдобавок к охоте и к собирательству появляется скотоводство и земледелие, потом в истории людей возникают промышленные металлы — сначала медь, а потом бронза и железо.

Энергетическая основа цивилизации остаётся всё той же — руки и дрова, но вот способность концентрировать всю доступную цивилизации энергию во что-то полезное у людей растёт многократно.

Сейчас человечество находится в такой же непростой ситуации. Нам досконально известно, что мы хотим получить в результате внедрения реакторов-бридеров, термоядерных электростанций или даже какой-нибудь "абсолютно зелёной" Пенжинской ПЭС.

penzh
Потенциал одной Пенжинской ПЭС — 100 Гигаватт.

Проблема для нас в другом — по многим вопросам фактической реализации таких мегасложных и сверхмасштабных проектов мы ещё очень слабо представляем все шаги во всей многоступенчатой цепочке последовательной реализации этих проектов.

То есть, скорее всего, в конце этого пути, когда замкнутый ядерный цикл, термоядерный реактор или приливная станция в Охотском море с потенциалом в половину электроэнергетики всей России заработают на полную мощность, мы удивлённо скажем: "Чёрт, но ведь всё же просто было в самом начале! Надо было пойти сюда, вот тут сделать так, а тут..."

Но это будет уже потом, постфактум. В тот момент, когда можно критиковать исследователей и первопроходцев и говорить: "На их месте мы бы — ого-го!"

По факту же это "ого-го" всегда получается отнюдь не сразу и совсем не так очевидно.

И поэтому у меня есть две истории для вас. Истории про реактор и про мирный русский трактор крестьянскую лошадку, которая служила нам верой и правдой от времён камня и кости и вплоть до момента создания этого самого реактора.

Рассказывая о первом промышленном ядерном реакторе, я постараюсь избавить вас от множества технических деталей. Пусть, в рамках этой статьи реактор будет неким "чёрным ящиком", который Вам надо построить у себя на территории, чтобы обеспечить производство энергии на всякие различные нужды своей экономики:

Nuclear
Модель реактора. Масштаб 1: 10 000.

При этом, безусловно, данный "чёрный ящик", в отличии от компьютерных игр, должен быть обеспечен специфическим для него топливом, вам надо подготовить обслуживающий персонал и заняться утилизацией хвостов его "жизнедеятельности"; для строительства реактора вам надо иметь соответствующие заводы, материалы, проекты и технологии.

Ведь текст на самом деле будет не о реакторах. Текст будет больше о людях.

Исторически так сложилось, что первые реакторы, разработанные и в СССР, и в США, совершенно не ставили перед собой задачи получения ни тепловой ни, тем более, электрической энергии. Задача этих очень специфических устройств состояла лишь в максимально быстрой наработке делящихся материалов для ядерного оружия.

Для понимания сути того времени и условий той гонки стоит читать воспоминания участвовавших в ней людей. Например, почитать бригадного генерала Лесли Гровса. Он, как простой вояка и уверенный в своей правоте американский отставник, в своих мемуарах с говорящим названием "Теперь об этом можно рассказать", описывает ситуацию "как она есть", без каких-либо купюр или политкорректностей более поздней историографии.

Leslie_Groves
Лесли Гровс — единственный, кроме Оппенгеймера, американец в руководстве Манхэттенского проекта

После взрыва первой американской атомной бомбы в Нью-Мексико, которая, по сути дела, поставила точку в страхах о том, что гитлеровская Германия опередит США в создании ядерного оружия, Гровс очень показательно ответил на слова Оппенгеймера: «Война кончена». Он сказал: «Да, но после того, как мы сбросим еще две бомбы на Японию».

Для него этот вопрос был давно решенным делом. Ружьё, висящее на стене, должно было выстрелить в последнем акте.

Показателен и выбор Гровсом объектов для бомбардировки в Японии. Гровс сделал это без привлечения военных специалистов, занимавшихся планированием военных операций в американском генеральном штабе. Он предложил первоначально четыре объекта для атомной бомбардировки: города Кокура, Хиросима, Ниигата и, самое гласное —  центр древней культуры, бывшую столицу Японии — Киото.

При назначении этих объектов Гровс руководствовался соображениями, весьма далекими от гуманности. Когда у присутствующих возникли возражения против Киото, он привел в доказательство своей правоты два аргумента: во-первых, население этого города насчитывает больше миллиона жителей, что, следовательно, обещает хороший эффект взрыва; во-вторых, он занимает огромную площадь, на которой вполне уложится предполагаемый диаметр зоны разрушения и поэтому картина взрыва будет очень показательна для экспертов. Одним словом, генерала Гровса очень устраивала площадь города и число погибших людей для оценки мощности бомбы.

Характерен для личности Гровса и такой факт: когда в итоге Киото в качестве цели всё же было отвергнуто политиками, а целями были утверждены Хиросима и Нагасаки, выяснилось, что вблизи них находятся лагеря военнопленных американцев и их союзников, но и тогда Гровс, не колеблясь, дал указание не принимать во внимание этот фактор.

В общем, вот такие высокоморальные люди стояли в то время в руководстве американской ядерной индустрией — начиная от генерала Гровса и заканчивая президентом Трумэном. Ну и вопрос ядерной энергетики, конечно, отнюдь не стоял у них на повестке дня — для них ядерная энергия — это была бомба и ещё раз бомба.

После бомбёжек Хиросимы и Нагасаки, в который США продемонстрировали миру всю разрушительную силу нового оружия, стало ясно — США применят ядерную бомбу против СССР без малейших колебаний. Собственно говоря, первый залп той, Холодной войны прозвучал прозвучал там, где, вполне возможно прозвучит первый залп новой, горячей войны  — он прозвучал в Иране, в 1946 году.

Поэтому задачей СССР при создании первых реакторов была скорость, скорость и только скорость. Об их собственном энергопотреблении военные заботились весьма мало, если даже и никак, и первые военные и исследовательские реакторы и в СССР, и в США энергию не только не производили, но и неслабо в себя потребляли. При этом все движения по Атомному проекту надо было делать скрытно и не привлекая внимания США.

Даже выбор строительной площадки под знаменитый сейчас комбинат "Маяк" — тогда включавшего в себя лишь первый ураново-графитный реактор "Аннушка" (А-1), осуществляли исходя из потребностей как-то скрыто организовать принудительное охлаждение первого советского промышленного реактора и спрятать его от посторонних глаз. Озеро Кызыл-Таш на Южном Урале было указано, как хороший вариант, самим Курчатовым: охлаждаемый градирней реактор был бы виден зимой с воздуха по пару, а при использовании озера без градирни, пар был бы уже не столь отчётливо виден на аэрофотоснимках. Ну и общая удалённость и от границ, и от собственных городов тоже дополняла картину общей секретности проекта.

Что интересно — проект "Аннушки" был совершенно отличным от американских реакторов-наработчиков плутония. Для "Аннушки" советские инженеры выбрали вариант компоновки не с горизонтальными, а с вертикальными каналами для уранового топлива и замедлителя. Этот вариант компоновки активной зоны сыграет с реактором злую шутку чуть позже, но и одновременно — послужит лекалами для почти всех энергетических реакторов будущего. Однако пока про мегаватты ещё никто не думал. Стране надо было собрать бомбу.

Young_Igor_Kurchatov
Игорь Курчатов в молодости.
Потом его будут звать просто — Борода.

Основной "полезностью" такого реакторного энергетического непотребства на момент конца 1940-х годов была возможность быстрого превращения в таких реакторах-наработчиках природного изотопа урана 238U в изотоп плутония 239Pu.

Как мы помним, процесс разделения изотопов урана на высокопроизводительных центрифугах был освоен гораздо позднее (в 1960-е годы), а в 1940-е годы изотопы урана приходилось разделять жутко непроизводительными химическим, электромагнитным и газодиффузионным способами.

Даже сам природный очищенный уран был в СССР тогда редкостью — к середине 1946 года, в основном на территории оккупированной Европы, под руководством заместителя Берии по атомному проекту — генерала Авраамия Павловича Завенягина, было найдено всего около 220 тонн различных соединений урана в пересчёте на чистый металл (собственные запасы урана в СССР к тому моменту всё ещё исчислялись лишь единицами тонн).

Урана у страны было столь мало, и давался он столь трудно, что когда 19 июня 1948 года первый промышленный реактор "Аннушка" наконец-то был выведен на проектную тепловую мощность в 100 МВт — казалось, можно было вздохнуть спокойно. Но, практически сразу же на новом реакторе произошло "козление" урановых блоков внутри активной зоны. В вертикальных каналах урановые сборки начало гнуть и ломать от температурных напряжений. Руководители работ на "Аннушке" — академик Курчатов и генерал Завенягин приняли на себя личное руководство ремонтными работами.

"Протолкнуть" закозлившиеся рабочие блоки вниз, как это запланировано в проектной схеме реактора, не удавалось. Потянули вверх и трубка лопнула: заклиненная часть сборки застряла в ячейке реактора. Автоматизированные работы закончились и пошла "ручная разборка" — с заходом людей в активную зону реактора. Выдавить снизу домкратом не получилось. Трубку высверливали специальной фрезой. Пирофорный уран при этом загорался и сплавлялся с графитом, образуя карбиды. Курчатов на все это смотрел лично и решил заблокировать дефектную ячейку каналами с водой. После чего Завенягин с Курчатовым на пару снова включили реактор. 25 июня, через неделю, закозлило ещё один канал. Вскорости новые проблемы с экспериментальным по сути реактором пошли косяком: началась коррозия топливных трубок и утечка воды в графитовую кладку. В конце 1948 года реактор стал глохнуть. К 20 января 1949 года выбора уже не было — начался капитальный ремонт "Аннушки".

Работа шла 66 дней. Под облучением — урановое топливо уже набрало радиоактивность в ходе цепных реакций распада ядер. Нормой было не более 100 рентген на человека, но Курчатов с Завенягиным и многие физики уже были с громадным перебором по дозе. Технологию извлечения труб присосками делали на ходу. Выкинуть плохие трубки просто так было нельзя: страна вложила туда весь имевшийся тогда уран. То есть — надо было работать с уже облучёнными и сильно активными блоками урана. "Нормальный" ремонт занял бы как минимум год. А года у страны не было.

Генерал Авраамий Павлович Завенягин сидел и наблюдал за работой слесарей на месте, если не успокаивая их, то невольно подгоняя своим присутствием. Не за свинцовой стенкой...

Полученный с таким трудом в ходе цепной реакции в реакторе "А-1" плутоний тут же отгружался на расположенное рядом радиохимическое производство по выделению 239Pu, которое получало из облученных трубок концентрат плутония, состоявший в основном из фторидов плутония и лантана. Уже в феврале 1949 года первая партия оружейного плутония была готова.

В начале августа 1949 года в СССР был получен высокочистый металлический плутоний и первая советская атомная бомба взорвалась уже 29 августа 1949 года, всего через четыре года после Хиросимы.

В это не верил никто. Ведь по расчётам американцев — СССР должен был угробить на атомный проект минимум 15 лет.

RDS1
«Россия делает сама» — РДС-1

Генерал Завенягин умер всего через 7 лет, от лучевой болезни. Ему было 55. Вот такой он был, железный "Строитель Норильска".

Именно на таких людях держался весь советский атомный проект.Академик Игорь Васильевич Курчатов умер 7 февраля 1960 года. Но в последние годы своей жизни он успел подарить миру ещё две вещи, каждая из которых была гораздо важнее всех ядерных и термоядерных бомб, которые были им разработаны. Это были ядерная станция и идея управляемой термоядерной реакции.

После испытания первой атомной бомбы академик Курчатов на встречах с профессором Доллежалем, который был одним из проектировщиков злополучной, но архиважной для страны "Аннушки", и с профессором Фейнбергом, обсудил возможность создания атомной электростанции, ориентируясь на опыт конструирования и эксплуатации первых военных реакторов.

Страна испытывала недостаток в электроэнергии и идея использовать для её производства возможности военных по наработке ядерного топлива просто-таки "витала в воздухе". Но, в то же время, вопрос энергетического использования урана встречал противодействие даже среде участников атомных разработок в СССР — ведь тогда ещё толком не был решён не то что вопрос паритета с американцами в зарядах — даже производство атомных бомб ещё только налаживалось.
Американцы же в то время вообще рассматривали ядерную электроэнергетику, как нечто экзотическое и отстоящее в некое абстрактное и отдалённое будущее. У Америки была нефть Гавара, да и до начала масштабного нефтяного импорта ещё было далеко и в него ещё никто не верил. Ведь Кинг Хабберт озвучит свои идеи ещё только через шесть долгих лет.

Подготовительные работы по советской АЭС начались вообще в рамках военного проекта, лишь благодаря авторитету Курчатова. Обычные урановые блоки военных реакторов были непригодны для АЭС, поскольку все понимали, что мало нагреть воду в реакторе — надо ещё превратить её в каналах реактора в перегретый пар под давлением, который сможет своей энергией крутить турбины и генераторы. Для этих целей пришлось сконструировать специальные технологические каналы, состоящие из системы тонкостенных трубок небольшого диаметра, на наружных поверхностях которых размещалось ядерное топливо. Технологические каналы в несколько метров длиною загружались в ячейки графитовой кладки реактора мостовым краном реакторного зала и присоединялись к трубопроводам первого контура съемными деталями. Имелось и много других отличий, усложнявших сравнительно небольшую военную атомную установку для целей производства электроэнергии.

Когда в результате этих предварительных работ определились основные характеристики проекта АЭС, о нем доложили Сталину. Он сразу же поддержал проект атомной энергетики, и ученые, до этого осуществлявшие все работы по АЭС на свой страх и риск, получили не только одобрение, но и помощь в реализации нового направления.

Уже 16 мая 1950 года было принято Постановление Совета Министров, которое определило план строительства трех опытных реакторов (уран-графитового с водяным охлаждением, уран-графитового с газовым охлаждением и уран-бериллиевого с газовым или жидкометаллическим охлаждением). По первоначальному замыслу все они поочередно должны были работать на единую паровую турбину и генератор мощностью в 5 МВт. Надо сказать, что смелость такого подхода тогда граничила с безумством — ведь на фоне проблем с "Аннушкой" ещё и стараться сделать реактор под давлением выглядело совершенно бесшабашной идеей (впрочем, надо отдать должное американцам — Энрико Ферми на заре атомного проекта мочил кони и похлеще).

Так родилась будущая Обнинская АЭС.

Obninskaya_AES
Обнинская АЭС. Первая. Просто — Первая.

В общих чертах проектный облик всех проектных реакторов Первой АЭС остался при реализации близким к первоначально предложенным. Собственно говоря, вокруг идей, которые были заложены тогда при проектировании этих реакторов и крутится до сих пор большая часть мировой конструкторской мысли. Всего при проектировании Обнинской АЭС было предложено три варианта компоновки.

Реактор с бериллиевым замедлителем был реализован в виде проекта реактора со свинцово-висмутовым охлаждением, уран-бериллиевым топливом и промежуточным спектром нейтронов. То есть, по факту, это была первая разработка в мире энергетического реактора на жидкометаллическом теплоносителе. Привет, опытные установки атомные установки подводного флота СССР.

Вместо гелий-графитового реактора был создан водо-водяной реактор будущий основной тип реактора для подводных лодок и ледоколов, а также основной тип реактора современных АЭС. Опять-таки, здесь впервые в мире в рамках технического проекта заложена основная идея современных лёгководных реакторов реакторов с двумя водяными контурами. Это сейчас самый распространённый энергетический реактор, именно к этому типу относятся основная часть реакторов современных АЭС. Ну и, конечно, "Золотая рыбка",  с её безумными 44 узлами скорости хода в подводном положении.

И, наконец, изначальная идея уран-графитового реактора с водяным охлаждением была признана наиболее доведенной для практической реализации и на её основе решено было строить первый блок Первой АЭС. Это оказался первый реализованный в мире проект одноконтурного канального уран-графитового реактора с водяным охлаждением. То есть, Обнинская АЭС ещё оказалась прабабушкой РБМК (Реактор Большой Мощности Канальный), который через сорок лет будет печально знаменит в связи с грустным словом Чернобыль.

Собственно говоря, в мировом приорите у западных учёных однозначно остаются только два направления мирового реакторостроения — реакторы на тяжёлой воде, пальму первенства по энергетическому применению которых сейчас держат Канада и Индия, и реакторы на кипящей воде, которые смогли стройным квартетом задать жару человечеству во время Фукусимского инцидента.

Вот такой вот опасный кентавр эта ваша ядерная энергия.

Но опасно всё — ведь несколько тысяч лет тому назад не было ничего опаснее поднятого на судне паруса или оседланной лошади. Ведь тогда это было в разы круче, чем простые руки и каменный топор.

Ведь тот, кто тогда мог поднять парус или взнуздать лошадь — владел будущим. Поскольку путь в тысячу лет до чайных клипперов и стремительных уланов начинается с первого, ещё робкого шага.

И — вторая идея Курчатова отнюдь не безумный и несбыточный проект. Кентавры ведь никогда не рождаются просто так, легко и сразу.

И кентавры — это всегда опасно.

crustgroup


 
Социальные комментарии Cackle
Loading...
Загрузка...

© 2009 Технополис завтра

Перепечатка  материалов приветствуется, при этом гиперссылка на статью или на главную страницу сайта "Технополис завтра" обязательна. Если же Ваши  правила  строже  этих,  пожалуйста,  пользуйтесь при перепечатке Вашими же правилами.