Legenda o potujočem reaktorju: Sovjetska mobilna jedrska elektrarna

Atom na kolesih sovjetske mobilne jedrske elektrarne so bile v prvi vrsti namenjene za delo na odročnih območjih skrajnega severa, kjer ni železnic ali daljnovodov

Pamir-630D PAES Mobilni jedrski elektrarni Pamir-630D je temeljil na štirih tovornjakih, ki so bili kombinacija "priklopnega traktorja"

Kompleks TES-3 Mobilni kompleks TES-3 je bil nameščen na štiri gosenicaste ploščadi iz težkega tanka T-10

Ko je izšla novembrska številka "PM", v kateri smo govorili o načrtih za oblikovanje zelo širokih tirnih vlakov z atomskimi lokomotivami, ki so nekoč obstajale v ZSSR, je bilo na uredništvo poslano pismo. Avtor nas je spomnil, da čeprav projekti atomske železnice niso presegli okvirov skic, je bila ideja o mobilni jedrski elektrarni (ki jo je mogoče premikati tudi po tirnicah) utelešala v kovini in celo večkrat. Dejansko bi bila omemba sovjetskih mobilnih jedrskih elektrarn verjetno primerna v novembrskem članku z naslovom "Vrzite atom v peč", vendar smo se zdaj, ko smo se malo "poglobili v zgodovino", odločili o njih podrobno govoriti.

Korenine te zgodbe segajo seveda v obdobje atomske romantike - sredi petdesetih let. Leta 1955 je Efim Pavlovič Slavski, ena vodilnih oseb v jedrski industriji ZSSR, bodoči vodja okoljskega ministrstva, ki je na tej funkciji služboval od Nikite Sergejeviča do Mihaila Sergejeviča, obiskal obrat Leningrad Kirov. Bilo je v pogovoru z direktorjem LKZ I.M. Sinev je prvič podal predlog za razvoj mobilne jedrske elektrarne, ki bi lahko napajala civilne in vojaške objekte, ki se nahajajo na oddaljenih območjih skrajnega severa in Sibirije.

Tirnice in tiri

Predlog Slavskyja je postal vodnik za ukrepanje in kmalu je LKZ v sodelovanju s parkom lokomotive Yaroslavl pripravil projekte za jedrski elektrarni - majhno mobilno jedrsko elektrarno (PAES) za prevoz po železnici. Predvideni sta bili dve možnosti - shema z enim tokokrogom z plinsko turbino in shema, ki uporablja parno turbinsko namestitev same lokomotive. Po tem so se pri razvoju ideje pridružila tudi druga podjetja. Po razpravi je zeleno luč projektu dala Yu.A. Sergejeva in D.L. Broder z Obninskega inštituta za fiziko in elektrotehniko (zdaj FSUE "SSC RF - IPPE"). Menda so znanstveniki menili, da bo železniška možnost območje obratovanja PAES omejila le na ozemlja, ki jih pokriva železniško omrežje, in njihova elektrarna postavila na tirnice, zaradi česar je to praktično celovito.

Osnutek zasnove postaje se je pojavil leta 1957, dve leti pozneje pa je bila izdelana posebna oprema za izdelavo prototipov TPP-3 (prepeljana elektrarna).

V tistih časih je bilo treba v jedrski industriji narediti praktično vse "iz nič", vendar so izkušnje z ustvarjanjem jedrskih reaktorjev za prometne potrebe (na primer za ledolom "Lenin") že obstajale in nanj se je bilo mogoče zanesti.

Varnost je bil eden glavnih dejavnikov, ki so jih morali upoštevati avtorji projekta pri izbiri določenih inženirskih rešitev. S tega vidika je bila shema manjšega tokokroga vodno hlajenega reaktorja prepoznana kot optimalna. Toploto, ki jo ustvari reaktor, je odvajala voda pod tlakom 130 atm pri temperaturi na vstopu v reaktor 275 ° C in na izstopu 300 ° C. Skozi izmenjevalnik toplote se je toplota prenašala na delovno tekočino, ki je bila tudi voda. Nastala para je sprožila generatorjevo turbino.

Jedro reaktorja je bilo zasnovano kot valj z višino 600 in premerom 660 mm. V notranjosti je bilo 74 sklopov goriva. Za gorivno sestavo je bila uporabljena intermetalna spojina (kemična spojina kovin) UAl3, napolnjena s siluminom (SiAl). Sestavi sta bila dva koaksialna obroča s to sestavo goriva. Podobna shema je bila razvita posebej za TPP-3.

Leta 1960 je bila ustvarjena električna oprema postavljena na gosenico, ki je bila izposojena iz zadnjega sovjetskega težkega tanka T-10, ki je bil izdelan od sredine petdesetih do sredine šestdesetih let prejšnjega stoletja. Res je, da je bilo treba za PAES podaljšati bazo, tako da je imela elektrarna (kot se imenujejo terenska vozila, ki prevažajo jedrsko elektrarno) deset valjev proti sedem za rezervoar.

Energijska samohodna energija

Toda tudi s to modernizacijo ni bilo mogoče postaviti celotne elektrarne na en stroj. TPP-3 je bil kompleks štirih energijskih vozil.

Prva energijska samohodna naprava je nosila jedrski reaktor s transportirano bio-zaščito in poseben zračni radiator za odstranjevanje preostalega hlajenja. Na drugem stroju so bili nameščeni parni generatorji, kompenzator volumna in tudi obtočne črpalke za dovajanje primarnega tokokroga. Pravzaprav je bila proizvodnja električne energije v funkciji tretje elektrarne, v kateri je bil nameščen turbogenerator z opremo za dovod kondenzata. Četrti avtomobil je imel vlogo nadzornega centra PAES, imel je tudi rezervno napajalno opremo. Tu so bili daljinski upravljalnik in glavni ščit z zagonskimi sredstvi, zagonski dizelski generator in baterijski komplet.

Pri zasnovi energetskih vozil je prvo skregano vlogo odigrala lapidarnost in pragmatizem. Ker naj bi TPP-3 obratoval predvsem na skrajnem severu, je bila oprema nameščena v izolirana telesa tako imenovanih vagonskih vrst. V preseku so bili šesterokotnik nepravilne oblike, ki ga lahko opišemo kot trapez, nameščen na pravokotnik, ki nehote povzroči povezavo s krsto.

PAES naj bi deloval le v stacionarnem načinu in ne bi mogel delovati "med letenjem". Za zagon postaje je bilo treba energijske samopogonske naprave urediti v potrebnem vrstnem redu in jih povezati s cevovodi za hladilno tekočino in delovno tekočino, pa tudi z električnimi kabli. Biološka varnost PAES je bila zasnovana prav za stacionarni način delovanja.

Sistem biološke varnosti je bil sestavljen iz dveh delov: transportnega in stacionarnega. Prepeljana biološka varnost se je prevažala skupaj z reaktorjem. Jedro reaktorja je bilo postavljeno v nekakšno svinčeno "steklo", ki je bilo znotraj rezervoarja. Ko je TPP-3 deloval, je bil rezervoar napolnjen z vodo. Vodna plast je močno zmanjšala aktiviranje nevtronov sten rezervoarja za bioprotekcijo, telesa, ogrodja in drugih kovinskih delov elektrarne. Po koncu akcije (obdobje obratovanja elektrarne na eni bencinski črpalki) so odtekli vodo in izvedli prevoz s praznim rezervoarjem.

Stacionarno biološko varnost so razumeli kot nekakšno škatlo iz zemlje ali betona, ki jo je bilo treba pred zagonom PAES postaviti okoli energetskih lastnih plovil z reaktorji in generatorji pare.

Ni bilo primera

Avgusta 1960 so bili sestavljeni PAES dostavljeni v Obninsk, na testno mesto fizikalno-energetskega inštituta. Manj kot leto kasneje, 7. junija 1961, je reaktor dosegel kritičnost, 13. oktobra pa je naprava začela energetski zagon. Preskusi so se nadaljevali do leta 1965, ko je reaktor zaključil svojo prvo kampanjo. Vendar se je zgodba o sovjetski mobilni jedrski elektrarni pravzaprav tam končala. Dejstvo je, da je vzporedno znani Inštitut Obninsk razvijal še en projekt na področju male jedrske energije. Postal je plavajoča jedrska elektrarna "Sever" s podobnim reaktorjem. Tako kot TPP-3 je bil sever zasnovan predvsem za potrebe oskrbe z energijo vojaških objektov. In v začetku leta 1967 se je obrambno ministrstvo ZSSR odločilo opustiti plavajočo jedrsko elektrarno. Hkrati so bila ustavljena tudi dela na zemeljski mobilni elektrarni: PAES je bil pripravljen v stanje pripravljenosti. V poznih šestdesetih letih prejšnjega stoletja je obstajalo upanje, da bodo domišljavci obninskih znanstvenikov še vedno našli praktično uporabo. Predvidevali smo, da bi lahko jedrsko elektrarno uporabili pri proizvodnji nafte v primerih, ko je potrebno črpati velike količine vroče vode v oljne plasti, da bi fosilne surovine dvignili bližje površini. Na primer, razmišljali smo o možnosti take uporabe PAES v vodnjakih na območju mesta Grozni. Toda postaja ni uspela niti kot kotel za potrebe čečenskih naftnih delavcev. Gospodarsko delovanje TPP-3 se je štelo za neprimerno in je bila leta 1969 elektrarna v celoti zakopana. Za vedno.

Za ekstremne razmere

Presenetljivo, toda z razpadom obninskega PAES se zgodovina sovjetskih mobilnih jedrskih elektrarn ni ustavila. Drug projekt, o katerem je nedvomno vredno govoriti, je zelo radoveden primer gradnje sovjetske energije. Začelo se je v začetku šestdesetih let prejšnjega stoletja, vendar je prineslo oprijemljiv rezultat šele v Gorbačovski dobi in ga kmalu "ubila" radiofobija, ki se je po černobilski katastrofi močno okrepila. Govorimo o beloruskem projektu "Pamir 630D."

V določenem smislu lahko rečemo, da TPP-3 in Pamir povezujeta družinske vezi. Dejansko je bil eden od ustanoviteljev beloruske jedrske energije A.K. Krasin je nekdanji direktor IPPE, ki je bil neposredno vključen v načrtovanje prve jedrske elektrarne na svetu v Obninsku, Belojarski elektrarni in TE-3. Leta 1960 so ga povabili v Minsk, kjer je bil znanstvenik kmalu izvoljen za akademika Akademije znanosti BSSR in imenovan za direktorja oddelka za atomsko energijo Energetskega inštituta Beloruske akademije znanosti. Leta 1965 se je oddelek preoblikoval v Inštitut za jedrsko energijo (zdaj Skupni inštitut za energetiko in jedrske raziskave "Sosny" NAS).

Na enem od svojih potovanj v Moskvo je Krasin izvedel državno naročilo za zasnovo mobilne jedrske elektrarne z zmogljivostjo 500-800 kW. Za to vrsto elektrarne je vojska pokazala največ zanimanja: potrebovali so kompakten in avtonomen vir električne energije za objekte, ki se nahajajo v oddaljenih in ostrih podnebnih regijah države - kjer ni železnic ali daljnovodov in kjer je precej težko dostaviti veliko količino navadnega goriva. Lahko gre za napajanje radarskih postaj ali raketnih izstrelkov.

Glede na prihajajočo uporabo v ekstremnih podnebnih razmerah so bile projektu naložene posebne zahteve. Postaja naj bi delovala v širokem temperaturnem območju (od -50 do + 35 ° C), pa tudi pri visoki vlažnosti. Stranka je zahtevala, da je nadzor elektrarne čim bolj avtomatiziran. Hkrati naj bi postaja ustrezala železniškim dimenzijam O-2T in dimenzijam tovornih kabin zrakoplovov in helikopterjev z dimenzijami 30 x 4, 4 x 4, 4 m. Trajanje akcije NEK je bilo določeno najmanj 10 000 ur s trajanjem neprekinjenega obratovanja ne več kot 2000 ur. Čas uvajanja postaje naj bi bil največ šest ur, demontažo pa je bilo treba postaviti 30 ur.

Poleg tega bi morali oblikovalci ugotoviti, kako zmanjšati porabo vode, ki v pogojih tundre ni dosti bolj dostopna kot dizel. Prav ta zadnja zahteva, ki je praktično izključila uporabo vodnega reaktorja, je v mnogih pogledih določila usodo Pamir-630D.

Oranžni dim

Generalni oblikovalec in glavni idejni navdih projekta je bil VB Nesterenko, zdaj dopisni član Beloruske nacionalne akademije znanosti. Prav on je prišel na idejo, da v reaktorju Pamir ne uporablja vode ali staljenega natrija, temveč tekočega dušikovega tetroksida (N2O4) in hkrati toplotnega nosilca in delovne tekočine, saj naj bi bil reaktor enokokrog, brez toplotnega izmenjevalnika.

Seveda dušikov tetraoksid ni bil izbran po naključju, saj ima ta spojina zelo zanimive termodinamične lastnosti, kot so visoka toplotna prevodnost in toplotna zmogljivost, pa tudi nizka temperatura izhlapevanja. Njegov prehod iz tekočega v plinasto stanje spremlja reakcija kemične disocijacije, ko se molekula dušikovega tetroksida razgradi najprej na dve molekuli dušikovega dioksida (2NO2), nato pa na dve molekuli dušikovega oksida in eno molekulo kisika (2NO + O2). S povečanjem števila molekul se količina plina ali njegov tlak močno poveča.

Tako je bilo v reaktorju mogoče uresničiti zaprti cikel plina in tekočine, ki je dal reaktorju prednosti v učinkovitosti in kompaktnosti.

Jeseni 1963 so beloruski znanstveniki svoj osnutek mobilne jedrske elektrarne oddali Znanstvenemu in tehničnemu svetu Državnega odbora ZRJS za uporabo atomske energije. Hkrati so podobni projekti IPPE in IAE imenovani po Kurcatov in OKBM (Gorki). Prednost je dala beloruskemu projektu, vendar je bilo le deset let pozneje, leta 1973, v INS AN BSSR ustanovljen poseben projektni biro s pilotno proizvodnjo, ki je začel načrtovati in testirati sklope bodočega reaktorja.

Ena najpomembnejših inženirskih nalog, ki so jo morali reševati ustvarjalci Pamir-630D, je bil razvoj stabilnega termodinamičnega cikla s sodelovanjem hladilne tekočine in delovne tekočine nekonvencionalnega tipa. V ta namen je bilo na primer uporabljeno stojalo Vikhr-2, ki je bilo dejansko enota turbogeneratorja prihodnje postaje. V njej smo dušikov tetraoksid segrevali s turbojetnim letalom VK-1 z vgrajenim gorilnikom.

Ločena težava je bila velika korozivnost dušikovega tetroksida, zlasti na mestih faznih prehodov - vretju in kondenzaciji. Če bi voda, N2O4 prišla v krog turbogeneratorja, reagira z njim, takoj dajte dušikovo kislino z vsemi njenimi znanimi lastnostmi. Nasprotniki projekta so včasih rekli, da nameravajo beloruski jedrski znanstveniki raztopiti jedro reaktorja v kislini. Delno smo problem visoke agresivnosti dušikovega tetroksida rešili tako, da smo v hladilno tekočino dodali 10% navadnega dušikovega monoksida. Ta raztopina se imenuje "nitrin".

Kljub temu je uporaba dušikovega tetraoksida povečala nevarnost uporabe celotnega jedrskega reaktorja, še posebej, če se spomnimo, da govorimo o mobilni različici jedrske elektrarne. To je potrdila smrt enega od zaposlenih v KB. Med poskusom je iz raztrganega cevovoda počil oranžni oblak. Oseba v bližini je nehote vdihavala strupeni plin, ki se je ob reakciji z vodo v pljučih spremenil v dušikovo kislino. Rešiti nesrečnikov ni bilo mogoče.

Zakaj odstraniti kolesa?

Vendar so oblikovalci Pamir-630D v svoj projekt vnesli številne oblikovalske rešitve, ki so bile zasnovane za povečanje varnosti celotnega sistema. Prvič, vse procese znotraj naprave, začenši z zagonom reaktorja, smo nadzirali in nadzirali z računalniki na vozilu. Dva računalnika sta delala vzporedno, tretji pa je bil v "vroči" rezervi. Drugič, uveden je bil sistem za hlajenje reaktorja zaradi pasivnega pretoka pare skozi reaktor iz visokotlačnega dela v del kondenzatorja. Prisotnost velike količine tekoče hladilne tekočine v procesnem krogu je omogočila učinkovito odstranjevanje toplote iz reaktorja, na primer pri odstranjevanju energije. Tretjič, moderatorski material, ki je bil izbran kot cirkonijev hidrid, je postal pomemben "varnostni" element zasnove. Ko se temperatura nenormalno dvigne, se cirkonijev hidrid razgradi, sproščeni vodik pa reaktor postavi v globoko subkritično stanje. Reakcija cepitve se konča.

Dolga leta so sledili poskusi in preizkušnje, tisti, ki so zamislili Pamirja v zgodnjih šestdesetih letih, pa so svoje kovčke lahko videli šele v prvi polovici osemdesetih let prejšnjega stoletja. Tako kot v primeru TPP-3 so tudi beloruski oblikovalci potrebovali več avtomobilov, da so nanje postavili svoje PAES. Reakcijski blok je bil nameščen na triosni polpriklopnik MAZ-9994 z nosilnostjo 65 ton, v vlogi traktorja, za katerega je deloval MAZ-796. Poleg reaktorja za biološko varnost je ta enota vsebovala tudi sistem za hlajenje v sili, pomožno stikalno omarico in dva avtonomna 16 kW dizelska generatorja. Isti kup MAZ-767 - MAZ-994 je nosil na sebi in turbogeneracijsko enoto z opremo elektrarne.

Poleg tega so se elementi avtomatskega krmilnega sistema za zaščito in nadzor premikali v organih KRAZ-a. Drug takšen tovornjak je prevažal pomožni agregat z dvesto vatnimi dizelskimi generatorji. Skupaj pet avtomobilov.

Pamir-630D je kot TPP-3 zasnovan za stacionarno delovanje. Po prihodu na kraj namestitve so namestitvene ekipe namestile bližnje reaktorje in turboproizvajalne enote ter jih s cevmi povezale s hermetičnimi spoji. Блоки управления и резервная энергоустановка ставились не ближе 150 м от реактора, чтобы обеспечить радиационную безопасность персонала. С реакторного и турбогенераторного блока снимали колеса (прицепы устанавливались на домкратах) и отвозили их в безопасную зону. Все это, конечно, в проекте, ибо реальность оказалась иной.

Реактор, которого испугались

Электрический пуск первого реактора состоялся 24 ноября 1985 года, а спустя пять месяцев случился Чернобыль. Нет, проект не был немедленно закрыт, и в общей сложности экспериментальный образец ПАЭС отработал на разных режимах нагрузки 2975 часов. Однако, когда на волне охватившей страну и мир радиофобии вдруг стало известно, что в 6 км от Минска стоит ядерный реактор экспериментальной конструкции, случился масштабный скандал. Совмин СССР тут же создал комиссию, которой предстояло изучить вопрос о целесообразности дальнейших работ по «Памиру-630Д». В том же 1986 году Горбачевым был отправлен в отставку легендарный глава Средмаша 88-летний Е.П. Славский, покровительствовавший проектам мобильных АЭС. И нет ничего удивительного в том, что в феврале 1988 года согласно решению Совмина СССР и АН БССР проект «Памир-630Д» прекратил свое существование. Одним из главных мотивов, как значилось в документе, стала «недостаточная научная обоснованность выбора теплоносителя».

Članek je bil objavljen v reviji Popular Mechanics (št. 3, marec 2009).

Priporočena

Edinstvena Mazda RX-7, ki so jo našli po 35 letih
2019
Egzorcizem v 21. stoletju: telefon izganjati demone
2019
Krokodil ujet v Novosibirsku
2019