Машина-двигатель От водяного колеса до атомного двигателя, стр. 47
И впрямь, двигателем на установке является уже известная нам паровая турбина.
Может быть осуществлена и другая установка, где в качестве двигателя использовалась бы также уже известная нам газовая турбина внешнего сгорания.
Действительно, если через теплообменник прогонять не воду, а газ, то, будучи нагретым до высоких температур, он приведет в движение газовую турбину, которая в нашей схеме займет место паровой турбины.
Паровая турбина… Газовая турбина… Но где всё-таки атомный двигатель?
Выходит, что атомного двигателя, как какой-то особой машины, нет.
Есть известные нам современные тепловые двигатели — турбины, работающие на атомном тепле. «Атомный двигатель» обычно и представляют себе как установку вроде той, что описана выше. Надо добавить: «атомный двигатель» может работать и по реактивному принципу — нагретый атомным теплом газ можно выбрасывать из сопла и двигать, например, самолет.
Но было бы не всё сказано об атомном двигателе, если бы здесь не нашлось места для упоминания еще об одном интересном способе использования атомной энергии. На сей раз речь пойдет не о тепловых двигателях. Правда, этот способ еще далек от практического применения и отнюдь не может конкурировать с известным нам уже способом получения тепловой энергии с помощью реакторов; тем не менее, в нем содержатся любопытные возможности.
Ведь на установках с реакторами атомная энергия проходит несколько превращений: сначала в тепловую, затем в механическую (турбины) и, наконец, в электрическую (электрогенератор). А нельзя ли прямо из атомной энергии получить электрическую энергию? Оказывается, можно.
Сейчас учеными разработаны и построены уже маленькие батарейки атомных электроэлементов. Они напоминают аккумуляторные батарейки вроде батареек от карманного фонаря. Устроены же они следующим образом. В маленькую баночку опущен стержень, изолированный от стенок баночки. На стержень надета втулочка из радиоактивного изотопа. Стержень в этом случае оказывается одним электродом, а стенки баночки — другим.
Электрический ток образуется потому, что радиоактивный изотоп всё время испускает β-лучи, то есть поток электронов, который направлен к стенкам баночки. Если снаружи элемента цепь замкнута, например на лампочку, то непрерывное движение электронов по цепи (а электрический ток и есть упорядоченное движение электронов) зажжет эту лампочку.
Атомный электроэлемент.
Такие элементы пока еще маломощны, но целая батарея их уже может использоваться, скажем, в радиотехнике. Особое преимущество такой батареи в том, что она не требует перезарядки десятки лет.
Значит, не исключена возможность, что среди «атомных двигателей» будущего окажутся и не только тепловые, но и электрические энергоустановки, Однако эта перспектива еще далеко не ясна, в то время как установки с «атомными котлами» являются уже установками сегодняшнего дня. Ученые и инженеры всех стран разрабатывают такие установки для применения их на электростанциях, в мореплавании, авиации и транспорте.
О некоторых из таких применений, которые уже стали реальной технической задачей мы и поговорим.
Первая в мире
Посреди самого обычного леса, наполненного щебетанием птиц и шепотом листьев, стоит это белое, сверкающее в лучах солнца здание — здание, у входа в которое висит скромная дощечка с надписью: «Академия наук СССР. Атомная электростанция».
И, несмотря на то, что в царство пернатых вторглась техника, ничто не омрачает их беззаботную жизнь. Белое здание не дымит — воздух леса по-прежнему свеж. К белому зданию не тянутся линии железных дорог — паровозные гудки не тревожат лесных жителей. Возле белого здания нет угольных насыпей, нет холмов из гари и золы, — ветер не разносит черную пыль, не одевает нежную листву в траурный наряд. И всё потому, что в белом здании размещается не обычная тепловая электростанция, а электростанция, работающая на атомной энергии.
Дым? Но откуда же ему взяться? Ведь ядерное «горючее» «горит» без огня и дыма.
Железная дорога? Но даже если бы она была, то что, собственно, подвозить к атомной электростанции, если загрузка «атомного горючего» в котел производится только 3–4 раза в год, примерно через каждые 100 дней?
Каких-нибудь 100–200 килограммов урана, потребных к очередной загрузке для замены разрушившихся стержней, можно доставить не только на грузовике, но даже и на легковой автомашине. А ведь уголь пришлось бы непрерывно подвозить тоннами.
Первая в мире атомная электростанция Академии наук СССР, развивая мощность в 5000 киловатт, потребляет в сутки всего 30 граммов урана.
Первая в мире атомная электростанция Академии наук СССР.
А угольная электростанция той же мощности потребляла бы за то же время 70–80 тонн угля.
Быть может, кто-нибудь из любителей арифметики, подсчитав расход урана за 100 суток работы и определив его лишь в размере 3 килограммов, окажется в недоумении: почему через 100 дней приходится загружать в котел значительно больше урана? Да потому, что урановые стержни, долго пробывшие в котле, несколько портятся, разрушаются и, хотя они еще не «сгорели», то есть не превратились в продукты деления, их приходится заменять новыми.
Но познакомимся несколько подробнее с первой в мире промышленной электростанцией, работающей на атомной энергии. Познакомимся с устройством и работой первой атомной электрической установки, первого «атомного двигателя», разработанного и построенного советскими учеными и инженерами.
Атомный котел (реактор) первой в мире атомной электростанции Академии наук СССР.
Внутри белого здания размещены все агрегаты электростанции. Главным из этих агрегатов является, конечно, атомный котел, или реактор. В круглом графитовом блоке определенным образом размещаются 128 стержней из урана-238. Общий вес загрузки реактора — 550 килограммов. Надо заметить, что природный уран для реактора несколько обогащается ураном-235, содержание которого доводится до 5 %. Стержни заранее закладываются в особые графитовые футляры, внутренняя стенка которых выложена стальной тонкостенной трубой.
Такой «футляр» вместе со стержнем вставляется в вертикальное сверление, идущее сверху вниз вдоль графитового блока. Стальная труба сверху и снизу соединяется с особыми резервуарами — водосборниками. Через водосборники и трубы подается охлаждающая вода под давлением в 100 атмосфер.
Если вода при обычном атмосферном давлении закипает при 100 °C, то под давлением в 100 атмосфер воду можно нагревать более чем до 300 °C.
В реакторе охлаждающая вода нагревается до 270 °C и несет тепло в теплообменники. Здесь по трубам второго контура циркуляции проходит «рабочая» вода, нагнетаемая насосами под давлением в 12,5 атмосферы. Это давление позволяет воде нагреваться в теплообменнике до 200 °C и превращаться в пар. Пар, продолжая далее соприкасаться с трубами «атомной» воды первого контура, перегревается до температуры 260 °C. Затем пар поступает в турбину и далее, по известной уже нам схеме, конденсируется, превращаясь в воду.
Реактор сверху и с боков защищен графитом, бетоном, водой, сталью. Вокруг графитового блока идет водяная стена толщиной в 1 метр и далее — бетонная стена толщиной в 3 метра.
Советские инженеры сделали всё необходимое, чтобы обеспечить безопасность людей, работающих на станции.
Кроме толстых стен вокруг реактора, все переходы, по которым люди должны приближаться к установке, сделаны в виде зигзагообразных коридорчиков. Это необходимо для того, чтобы прямые излучения не распространялись далеко.
Над реакторами помещается главный зал атомной электростанции. Это пустой зал. Круглая стальная плита — крышка — закрывает люк, через который может быть осуществлен доступ к реактору.