Файл: Петросьянц А.М. Атомная энергетика зарубежных стран. США, Канада, Великобритания, Франция, ФРГ, Италия, Швеция, Швейцария, Япония.pdf

атомов. Они возникают в результате замедления движения быстрых нейтронов, образующихся при делении ядер урана.

Процесс замедления быстрых нейтронов идет тем интенсивнее, чем легче ядра замедляющего вещества, ибо нейтрон в каждом столкновении передает ядру замед­ ляющего вещества тем больше энергии, чем больше масса ядра по отношению к массе нейтрона. Замедление нейтро­ нов может продолжаться до тех пор, пока энергия нейтрона не станет равной энергии теплового движения атомов замедлителя.

При комнатной температуре замедлителя (им могут быть обычная вода, графит, парафин, бериллий, тяжелая вода и др.) средняя скорость тепловых нейтронов равна

2,2 км/сек.

Для осуществления цепной самоподдерживающейся реакции деления ядер урана (а это главное условие для работы ядерного реактора) необходимо, чтобы скорость высвобождения нейтронов в результате деления ядер урана или плутония была больше скорости потери нейтро­ нов в результате захвата их конструкционными материа­ лами, примесями, выхода нейтронов за пределы реактора, в окружающую его защиту и т. д.

Итак, не останавливаясь на элементарных основах ядерной физики, а рассматривая ее как научную базу для создания ядерных энергетических реакторов, отметим, что именно ядерная физика создала научную основу атомной техники, а атомная техника, в свою очередь, явилась фундаментом атомной энергетики, которая, опи­ раясь на атомную науку и технику, стала в настоящее время развитой отраслью промышленного производства электроэнергии.

Преимущества атомной энергетини

Развивающаяся атомная энергетика имеет определен­ ные преимущества по сравнению с обычной классической электроэнергетикой, использующей в качестве топлива

(урановых рудников) благодаря компактности ядерного горючего, небольшой массе и продолжительности его использования в атомном реакторе. Перегрузка загру­

9

женного топлива, в частности в водо-водяных реакторах, происходит не чаще одного раза в год.

АЭС, используя в качестве парового котла атомный котел — ядерный реактор, очень мало расходуют горю­ чего (по массе). В связи с этим полностью отпадает необхо­ димость загружать железнодорожный или морской транспорт перевозками многотоннажных грузов (углем, нефтью). Атомные электростанции как производители электроэнергии являются чистым источником энергии, не увеличивающим загрязненности внешней окружающей среды. Это обстоятельство особенно важно именно теперь, когда вся мировая общественность борется за сохранение чистоты окружающей среды.

АЭС весьма перспективны в отношении создания и использования мощных энергетических блоков. Ядерные энергетические реакторы дают возможность строить очень мощные и экономически выгодные электростанции, так как позволяют в принципе получать электрическую мощ­ ность с одного реактора 1 —1,5 и даже 2 млн. кет.

В настоящее время освоено много типов ядерных энергетических реакторов, в том числе несколько разно­ видностей реакторов на медленных нейтронах. Это реакто­ ры с водой под давлением, кипящие, графитовые, тяжеловодные, реакторы с органическим замедлителем,

сзамедлителями из окиси бериллия и т. п. Освоены также реакторы на быстрых нейтронах, хотя они в связи

сеще не решенными сложными инженерными проблемами не получили такого широкого распространения, как реакторы на медленных нейтронах.

Рассматривая вопрос о масштабах развития атомной

энергетики и ее месте к 2000 г., нельзя не задуматься о запасах урановой руды, которые отнюдь небеспредельны.

Вопрос наиболее рационального использования чудес­ ного свойства ядерного горючего — также основной воп­ рос ядерной энергетики. Решить его могут только реак­ торы на быстрых нейтронах. Эти реакторы обладают великолепными возможностями воспроизводства ядерного горючего. Иначе говоря, в реакторах на быстрых нейтро­ нах обеспечивается не только наилучшее использование делящихся изотопов урана или плутония, но и создается новое горючее, вовлекается в топливный цикл неделящийся изотоп U238, а также торий.

При попадании быстрых нейтронов в ядро U238 осу­ ществляется несколько реакций, в результате которых

10

образуется новое делящееся вещество Ри239 — искусствен­ но созданный в атомном реакторе элемент

и§|8 + 4 -> им? + у.

Образующийся в ходе этой реакции U239, период полу­ распада которого равен 23 сек, преобразуется в Np“ “ (период полураспада 2,3 суток)

U ? // — Np§3* + e L i .

Последний, распадаясь, превращается в Ри239

Np?3? -v Ри2/? i-elj.

Б атомном реакторе при осуществлении других реак­ ций одновременно образуются и другие изотопы плутония: Ри240, Рп241, которые также можно использовать в реак­ торах на быстрых нейтронах в качестве ядерного горю­ чего. Причем их можно применять и в различных комби­ нациях. Таким образом, неделящийся U238 можно почти полностью использовать в качестве ядерного горючего.

Бот почему реакторы, в которых деление ядер урана происходит при захвате быстрых нейтронов, обладают поистине замечательными свойствами. Ядро плутония (самое выгодное делящееся вещество для реактора на быстрых нейтронах) при каждом делении дает около 2,9 нейтрона вместо 2,1 нейтрона при делении ядра U235.

Это очень важно. Бедь если рассматривать атомную энергетику с позиции правильного использования ядер­ ного горючего, то основная задача по существу сводится к выбору методов наиболее рационального использования нейтронов. Бее конструктивные решения при создании любых типов ядерных энергетических реакторов пресле­ дуют цель — уменьшить бесполезные потери нейтронов, образующихся при делении ядер урана или плутония.

Доля дополнительных нейтронов, высвобождающихся при делении урана быстрыми нейтронами, весьма зна­ чительна и в промышленных реакторах может достигать 15—20%. Поглощение нейтронов в конструкционных материалах и продуктами деления в реакторах на быстрых нейтронах сравнительно невелико. Коэффициент воспро­ изводства может достигать 1,4 и даже 1,7, в зависимости от типа реактора, т. е., «сжигая» 1 кг плутония, быстрый реактор не только возвращает его, но и дает дополнитель­ но 0,4—0,7 кг плутония, который может служить новым ядерным горючим. Следовательно, топливная составляю­

11

щая будет меньше, чем в любом реакторе на тепловых нейтронах, так как он производит больше плутония, чем его «сжигает».

Вреакторах на быстрых нейтронах можно использовать

иотносительно дорогой по стоимости уран, так как реактор этого типа будет не только «сжигать» уран, но и произво­ дить плутоний.

Это обстоятельство (возможность производства нового вида ядерного горючего, в частности плутония, а также U233 из тория) придает ядерным реакторам совершенно новое качество — они становятся производителями ядер­ ного горючего.

Вэтом плане атомный котел — ядерный реактор не может быть сравним с паровым котлом, даже самого лучшего типа, сжигающего топливо — уголь и превра­ щающего его в золу, пригодную только для выброса.

Потенциальные возможности ядерных энергетических реакторов очень велики. И в процессе освоения и развития атомной энергетики будут проявляться все новые возмож­ ности ее использования для различных целей и в разных областях.

Известно, что мировые запасы пресной воды вследствие большого потребления бурно развивающейся промышлен­ ностью, особенно металлургической и химической, сильно сокращаются. Подсчитано, например, что приток пресной воды во все учитываемые водные бассейны США уже после 1960 г. стал меньше, чем зарегистрированный факти­ ческий расход воды. В Японии, в Токио, недостаток воды уже является проблемой, а в засушливые годы превра­ щается в бедствие. Расход воды непрерывно увеличивается

ис ростом народонаселения.

Издесь на выручку может прийти атомная энергетика.

Ив этом ее неоспоримое потенциальное преимущество перед обычной классической энергетикой, основанной на использовании органических видов топлива.

АЭС для выработки электроэнергии используют срав­ нительно небольшую долю производимого в атомных реакторах тепла, остальное тепло после охлаждения воды

в специальных бассейнах сбрасывают в водоемы рек, озер и морей.

Если АЭС сделать комбинированной, двухцелевой, т. е. построить ее вместе с опреснительной установкой, то сбросное тепло можно направлять для опреснения морских или засоленных вод.

12

Исследования показывают, что двухцелевые атомные установки, производящие электрическую энергию и выдаю­ щие пар для опреснения соленой воды, имеют большое экономическое преимущество. Но производство электро­ энергии и опреснение воды следует рассматривать только совместно, так как это определяет экономическую эффек­ тивность всего комплекса сооружений.

Двухцелевая атомная установка может работать с вы­ соким коэффициентом нагрузки. В этом случае можно осуществить гибкую комбинацию: в часы «пик» всю массу вырабатываемого в энергетическом реакторе пара направ­ лять на производство электроэнергии, а когда потребность в электроэнергии спадает, все излишнее тепло отдавать на опреснение соленых вод и складировать полученную пресную воду в закрытые или открытые водоемы, т. е. ее накапливать.

Однако на данной стадии освоения атомных энергети­ ческих установок вряд ли можно получить настолько дешевую опресненную воду, чтобы использовать ее, ска­ жем, для сельскохозяйственных нужд в любых районах страны. Осуществление этого—дело, пожалуй, отдаленного будущего. При рассмотрении потребности в пресной воде, и особенно если учесть рост потребности в ней, экономиче­ ские преимущества ядерных двухцелевых установок для производства электроэнергии и получения пресной воды отчетливо видны. Ядерная энергия сыграет важную роль в решении проблемы опреснения воды. Причем ее роль тем больше, чем мощнее атомная электростанция, посколь­ ку расходы по опреснению воды в известной мере будут переложены на АЭС, на стоимость производимой ею электроэнергии, т. е. часть расходов с опреснительных установок будет как бы перекладываться на стоимость

в мире атомная электростанция в Советском Союзе была сдана в эксплуатацию в июне 1954 г. Небольшая атомная электростанция электрической мощностью всего лишь 5000 кет ознаменовала новую эру получения электриче­ ской энергии не с помощью сжигания угля, нефти, торфа или газа, а путем использования высвобождающейся при делении ядра урана ядерной энергии. Первая АЭС как истинный первопроходец открыла широкую столбовую дорогу большой атомной энергетике.

13

Нй одна отрасль техники так быстро не развивалась, как атомная энергетика. Обычным электростанциям пона­ добилось почти 100 лет, чтобы пройти такой же путь раз­ вития и достичь такого уровня инженерной техники, какого достигла атомная энергетика.

И не случайно многие ведущие экономисты и инженеры предсказывают огромное будущее атомной энергетике. Можно, конечно, спорить и не соглашаться с оптимисти­ ческими наметками многих зарубежных ученых по планам развития атомной энергетики к 1980 и к 2000 гг. Но нельзя не признавать, что у атомной энергетики блестящее будущее. Пройдет совсем немного времени (30—50 лет), и атомная энергетика будет основным источником получе­ ния электроэнергии.

На декабрь 1973 г. установленная электрическая мощность АЭС в мире достигла 50 000 Мет. Табл. 1.2 хорошо иллюстрирует состояние атомной энергетики в за­ рубежных странах *. Она наглядно демонстрирует побед­ ную поступь атомной энергетики. Эти данные, без данных социалистических стран, где, как известно, атомная энергетика имеет отличные перспективы, далеко не полны, но они хорошо показывают настоящее и ближайшее будущее атомной энергетики. Так, к 1980 г. только по 25 странам установленная электрическая мощность атом­ ных электростанций достигнет почти 280 000 Мет. Для сравнения укажем, что установленная мощность второй в мире страны по достигнутой электрической мощности, какой является наша страна, на 1 января 1974 г. состав­ ляет 200 000 Мет. Одно это сравнение указывает, каких огромных масштабов уже в недалеком будущем достигнет атомная энергетика мира.

На примере зарубежных стран можно видеть, какой размах получает атомная энергетика в ведущих капита­ листических странах. Естественно, конечно, что движу­ щие силы развития атомной энергетики в разных странах не одни и те же, но в общем одно стремление объединяет их всех — необходимость увеличения производства элек­ трической энергии толкает эти страны бурно развивать атомную энергетику.

* Данные табл. 1.2 нельзя рассматривать как окончательные. Они меняются в зависимости от ряда конъюнктурных явлений и событий. В одних странах эти данные имеют тенденцию к уменьшению, в других, наоборот, к увеличению.

14

Есть и еще одно важное обстоятельство — коммер­ ческая целесообразность: желание захватить ведущие позиции в атомной энергетике, в атомной промышленности в атомноэнергетическом машиностроении. Это желание не отстать от соседних стран и попытаться диктовать свои национальные коммерческие интересы будущим про­ изводителям и потребителям электрической энергии, использующим атомную энергетику.

15