Сказание обродячем реакторе: советская передвижная аэс
- Атом на колесах Советские мобильные ядерные электростанции предназначались в первую очередь для работы в отдаленных районах Крайнего Севера, где отсутствуют линии электропередач и железные дороги
ПАЭС «Памир-630Д» Комплекс мобильной АЭС «Памир-630Д» базировался на четырех грузовиках , воображавших собой связку «прицеп-тягач»
Комплекс ТЭС-3 Мобильной комплекс ТЭС-3 монтировался на четырех гусеничных платформах от тяжелого танка Т-10
В то время, когда в свет вышел ноябрьский номер «ПМ», в котором мы говорили о существовавших некогда в СССР замыслах создания сверхширококолейных поездов с ядерными локомотивами, в адрес редакции пришло письмо. Создатель напомнил нам о том, что хоть проекты ядерной железной дороги так и не вышли за рамки эскизов, мысль мобильной ядерной силовой установки (могущей передвигаться среди них и по рельсам) была воплощена в металле, а также несколько раз. Вправду, упоминание о советских мобильных АЭС точно было бы уместным в отечественной ноябрьской статье «Подкиньте атома в топку», но сейчас мы, пара «вникнув в историю», решили поведать о них детально.
Корни данной истории уходят, очевидно, в эру ядерной романтики — в середину 1950-х. В 1955 году Ефим Павлович Славский — один из корифеев ядерной индустрии СССР, будущий глава Минсредмаша, прослуживший на этом посту от Никиты Сергеевича до Михаила Сергеевича, — посетил ленинградский Кировский завод. Как раз в беседе с директором ЛКЗ И.М.
Синевым в первый раз раздалось предложение о разработке мобильной АЭС, которая имела возможность бы питать электроэнергией гражданские и армейские объекты, расположенные в отдаленных районах Сибири и Крайнего Севера.
гусеницы и Рельсы
Предложение Славского стало управлением к действию, и уже скоро ЛКЗ в кооперации с Ярославским паровозостроительным заводом подготовил проекты ядерного энергопоезда — мобильной АЭС (ПАЭС) маленькой мощности для транспортировки по железной дороге. Предусматривались два варианта — одноконтурная схема c газотурбинной установкой и схема с применением паротурбинной установки самого локомотива. За этим к разработке идеи подключились и другие предприятия.
По результатам дискуссии зеленый свет был дан проекту Ю.А. Сергеева и Д.Л. Бродера из обнинского Физико-энергетического университета (сейчас ФГУП «ГНЦ РФ — ФЭИ»).
По всей видимости посчитав, что рельсовый вариант ограничит ареал действия ПАЭС только территориями, охваченными ЖД сетью, ученые внесли предложение поставить собственную электростанцию на гусеницы, сделав ее фактически вездеходной.
Эскизный проект станции показался во второй половине 50-ых годов XX века, а уже два года спустя было произведено особое оборудование для постройки опытных образцов ТЭС-3 (транспортируемой электростанции).
В те времена фактически все в ядерной индустрии приходилось делать «с нуля», но опыт создания ядерных реакторов для транспортных потребностей (к примеру, для ледокола «Ленин») уже существовал, и на него возможно было бы опереться.
Одним из основных факторов, каковые приходилось учитывать авторам проекта при выборе тех либо иных инженерных ответов, была, очевидно, безопасность. С данной точки зрения оптимальной была признана схема малогабаритного двухконтурного водо-водяного реактора. Вырабатываемое реактором тепло отбиралось водой под давлением 130 атм при температуре на входе в реактор 275 °C и на выходе — 300 °C. Через теплообменник тепло передавалось рабочему телу, в качестве которого кроме этого выступала вода.
Появившийся пар приводил в перемещение турбину генератора.
Активная территория реактора была спроектирована в виде цилиндра диаметром 600 и высотой 660 мм. В помещались 74 тепловыделяющие сборки. В качестве топливной композиции решили применить интерметаллид (химическое соединение металлов) UAl3, залитый силумином (SiAl).
Сборки представляли собой два коаксиальных кольца с данной топливной композицией. Подобная схема была создана специально для ТЭС-3.
В первой половине 60-ых годов двадцатого века созданное энергетическое оборудование смонтировали на гусеничном шасси, позаимствованном у последнего советского тяжелого танка Т-10, что производился с середины 1950-х до середины 1960-х годов. Действительно, для ПАЭС базу было нужно удлинить, так что энергосамоход (так нарекли вездеходы, транспортирующие АЭС) имел десять катков против семи у танка.
Энергосамоходы
Но кроме того при таковой модернизации разместить всю энергоустановку на одной машине было нереально. ТЭС-3 представляла собой комплекс из четырех энергосамоходов.
Первый энергосамоход нес на себе ядерный реактор с транспортируемой биозащитой и особый воздушный радиатор для снятия остаточного охлаждения. На второй машине монтировались парогенераторы, компенсатор количества, и циркуляционные насосы для подпитки первого контура. Фактически выработка электричества была функцией третьего энергосамохода, где размещался турбогенератор с оборудованием конденсатно-питательного тракта.
Четвертая машина играла роль пункта управления ПАЭС, и имела резервное энергетическое оборудование. Тут пребывали главный щит и пульт со средствами пуска, пусковой дизель-блок и генератор аккумуляторных батарей.
В дизайне энергосамоходов первую скрипку игрались прагматизм и лапидарность. Потому, что ТЭС-3 предполагалось эксплуатировать в основном в районах Крайнего Севера, оборудование помещалось вовнутрь утепленных кузовов так именуемого вагонного типа. В поперечном сечении они представляли собой шестиугольник неправильной формы, что возможно обрисовать как трапецию, поставленную на прямоугольник, что нечайно приводит к ассоциации с гробом.
ПАЭС предназначалась для функционирования лишь в стационарном режиме, трудиться «на ходу» она не имела возможности. Дабы запустить станцию, требовалось расставить энергосамоходы в нужном порядке и соединить их трубопроводами для рабочего и теплоносителя тела, и электрическими кабелями. И именно на стационарный режим работы была спроектирована биозащита ПАЭС.
Совокупность биозащиты складывалась из двух частей: транспортируемой и стационарной. Транспортируемая биозащита перевозилась вместе с реактором. Активная территория реактора помещалась в собственного рода свинцовый «стакан», что был в бака. В то время, когда ТЭС-3 трудилась, бак заливался водой. Слой воды быстро снижал активацию нейтронами стенок бака биозащиты, кузова, рамы и других железных частей энергосамохода.
По окончании окончания кампании (периода работы электростанции на одной заправке) воду сливали и транспортировка осуществлялась при безлюдном баке.
Под стационарной биозащитой понимались собственного рода боксы из почвы либо бетона, каковые перед пуском ПАЭС требовалось возводить около энергосамоходов, несущих на себе парогенераторы и реактор.
Дела так и не нашлось
В августе 1960 года собранную ПАЭС доставили в Обнинск, на испытательную площадку Физико-энергетического университета. Меньше чем через год, 7 июня 1961 года, реактор достиг критичности, а 13 октября состоялся энергетический пуск станции. Опробования длились до 1965 года, в то время, когда реактор отработал собственную первую кампанию. Но на этом история советской мобильной АЭС практически закончилась.
Дело в том, что параллельно известный обнинский университет разрабатывал еще один проект в области малой ядерной энергетики. Им стала плавучая АЭС «Север» с подобным реактором. Как и ТЭС-3, «Север» проектировался в основном для потребностей энергообеспечения армейских объектов. И вот в начале 1967 года Минобороны СССР решило отказаться от плавучей ядерной станции. Заодно были остановлены работы и по наземной мобильной энергоустановке: ПАЭС была переведена в стояночный режим.
В конце 1960-х показалась надежда на то, что детищу обнинских ученых все-таки найдется использование на практике. Предполагалось, что ядерная станция имела возможность бы употребляться в нефтедобыче в тех случаях, в то время, когда в нефтеносные слои требуется закачать много тёплой воды, дабы поднять ископаемое сырье ближе к поверхности. Разглядывали, например, возможность для того чтобы применения ПАЭС на скважинах недалеко от города Сурового.
Но кроме того послужить кипятильником для потребностей чеченских нефтяников станции не удалось. Хозяйственная эксплуатация ТЭС-3 была признана нецелесообразной, и во второй половине 60-ых годов двадцатого века энергоустановку всецело законсервировали. Окончательно.
Для экстремальных условий
Как это ни страно, но с смертью обнинской ПАЭС история советских мобильных АЭС не закончилась. Второй проект, о котором без сомнений стоит поведать, представляет собой очень курьезный пример советского энергетического долгостроя. Начало ему было положено еще в начале 1960-х, но некоторый осязаемый итог он принес только в горбачевскую эру и скоро был «убит» быстро усилившейся по окончании чернобыльской трагедии радиофобией.
Речь заходит о белорусском проекте «Памир 630Д».
В определенном смысле возможно заявить, что ТЭС-3 и «Памир» соединяют родственные связи. Так как одним из основателей белорусской ядерной энергетики стал А.К. Красин — занимавший ранее пост директора ФЭИ, принимавший яркое участие в проектировании первой в мире АЭС в Обнинске, Белоярской ТЭС и АЭС-3.
В первой половине 60-ых годов двадцатого века его пригласили в Минск, где ученый скоро стал академиком АН БССР и назначен директором отделения ядерной энергетики Энергетического университета белорусской Академии наук. В 1965 году отделение было преобразовано в Университет ядерной энергетики (сейчас Объединенный университет энергетических и ядерных изучений «Сосны» НАН).
В одну из поездок в Москву Красин определил о существовании госзаказа на проектирование мобильной АЭС мощностью 500−800 кВт. Громаднейший интерес к для того чтобы рода энергоустановке проявляли армейские: им требовался компактный и независимый источник электричества для объектов, находящихся в отдаленных и отличающихся жёстким климатом районах страны — в том месте, где нет ни железных дорог, ни ЛЭП и куда достаточно сложно доставить много простого горючего. Обращение имела возможность идти об электропитании радиолокаторных станций либо пусковых установок ракет.
С учетом грядущего применения в экстремальных климатических условиях к проекту предъявлялись особенные требования. Станция должна была действующий при громадном разбросе температур (от -50 до +35°С), и при высокой влажности. Клиент потребовал, дабы управление энергоустановкой было максимально автоматизировано.
Наряду с этим станция должна была вписываться в ЖД габариты О-2Т и в габариты грузовых вертолётов и кабин самолётов с размерами 30 х 4,4 х 4,4 м. Длительность кампании АЭС определялась в не меньше чем 10 000 часов при времени постоянной работы не более 2000 часов. Время развертывания станции должно было составлять не более шести часов, а демонтаж нужно было уложить в 30 часов.
Помимо этого, проектировщикам следовало придумать, как снизить расходование воды, которая в условиях тундры ненамного дешевее солярки. Именно это последнее требование, фактически исключавшее использование водяного реактора, во многом выяснило судьбу «Памира-630Д».
Оранжевый дым
главным и Генеральным конструктором идейным вдохновителем проекта стал В.Б. Нестеренко, сейчас член белорусской Национальной академии наук. Как раз ему принадлежит авторство идеи применять в реакторе для «Памира» не воду либо расплавленный натрий, а жидкую тетраокись азота (N2O4) — причем в один момент в качестве рабочего и теплоносителя тела, поскольку реактор мыслился одноконтурным, без теплообменника.
Тетраоксись азота была выбрана, конечно, не просто так, поскольку это соединение владеет очень занимательными термодинамическими особенностями, такими как теплоёмкость и высокая теплопроводность, и низкая температура испарения. Его переход из жидкого в газообразное состояние сопровождается химической реакцией диссоциации, в то время, когда молекула тетраокиси азота распадается сперва на две молекулы диокиси азота (2NO2), а после этого на две молекулы окиси азота и одну молекулу кислорода (2NO+O2). При повышении количества молекул количество газа либо его давление быстро возрастают.
В реакторе, так, произошло реализовать замкнутый газожидкостный цикл, что давал реактору преимущества в компактности и эффективности.
В осеннюю пору 1963 года белорусские ученые представили собственный проект мобильной ядерной станции на рассмотрение научного совета Госкомитета по применению ядерной энергии СССР. Тогда же на суд участников НТС были вынесены подобные проекты ФЭИ, ИАЭ им. Курчатова и ОКБМ (Неприятный).
Предпочтение отдали белорусскому проекту, но только десять лет спустя, в первой половине 70-ых годов XX века, в ИЯЭ АН БССР было создано особое конструкторское бюро с умелым производством, которое приступило к стендовым испытаниям и конструированию узлов будущего реактора.
Одной из самых основных инженерных задач, которую предстояло решать создателям «Памира-630Д», стала отработка устойчивого термодинамического цикла с участием рабочего и теплоносителя тела нетрадиционного типа. Для этого использовался, к примеру, стенд «Вихрь-2», представлявший собой практически турбогенераторный блок будущей станции. В нем нагрев тетраоксида азота производился посредством турбореактивного авиадвигателя ВК-1 с форсажной камерой.
Отдельную проблему представляла собой высокая коррозионная агрессивность тетраоксида азота, в особенности в местах фазовых конденсации — и переходов кипения. В случае если же в контур турбогенератора попала бы вода, N2O4, прореагировав с ней, срочно дала бы азотную кислоту со всеми ее известными особенностями. Соперники проекта так и говорили иногда, что, мол, белорусские ядерщики собираются растворить в кислоте активную территорию реактора.
Частично неприятность высокой агрессивности тетраоксида азота была решена добавлением в теплоноситель 10% простой моноокиси азота. Данный раствор стал называться «нитрин».
Однако использование тетраоксида азота увеличивало опасность применения всего ядерного реактора, в особенности в случае если отыскать в памяти, что речь заходит о мобильном варианте АЭС. Подтверждением тому стала смерть одного из сотрудников КБ. На протяжении опыта из разорвавшегося трубопровода вырвалось оранжевое облачко.
Пребывавший поблизости человек неспециально вдохнул ядовитый газ, что, прореагировав с водой в легких, превратился в азотную кислоту. Спасти несчастного не удалось.
Для чего снимать колеса?
Но, проектировщики «Памира-630Д» внедрили в собственный проект последовательность конструктивных ответов, каковые были призваны повысить безопасность всей совокупности. Во-первых, все процессы в установки, начиная от пуска реактора, управлялись и контролировались посредством бортовых ЭВМ. Два компьютера трудились параллельно, а третий пребывал в «тёплом» резерве.
Во-вторых, была реализована совокупность аварийного охлаждения реактора за счет пассивного перетекания пара через реактор из части большого давления в часть конденсатора. Наличие громадного количества жидкого теплоносителя в технологическом контуре разрешало при, к примеру, обесточивания действенно отводить тепло от реактора. В-третьих, ответственным «страховочным» элементом конструкции стал материал замедлителя, в качестве которого был выбран гидрид циркония.
При аварийном увеличении температуры гидрид циркония разлагается, и выделяемый водород переводит реактор в глубоко подкритичное состояние. Реакция деления заканчивается.
За испытаниями и экспериментами шли годы, и те, кто задумывал «Памир» в первой половине 60-х годов прошлого века, смогли разглядеть собственный детище в металле только в первой половине 1980-х. Как и при с ТЭС-3, белорусским конструкторам пригодилось пара автомобилей для размещения на них собственной ПАЭС. Реакторный блок монтировался на трехосном полуприцепе МАЗ-9994 грузоподъемностью 65 т, в роли тягача для которого выступал МАЗ-796.
Не считая реактора с биозащитой в этом блоке размещались совокупность аварийного расхолаживания, шкаф распределительного устройства собственных потребностей и два независимых дизель-генератора по 16 кВт. Такая же связка МАЗ-767 — МАЗ-994 везла на себе и турбогенераторный блок с оборудованием электростанции.
Дополнительно в кузовах КРАЗов передвигались элементы совокупности контроля и автоматизированного управления защиты. Еще один таковой грузовик перевозил вспомогательный энергоблок с двумя стокиловаттными дизель-генераторами. Итого пять автомобилей.
«Памир-630Д», как и ТЭС-3, был запланирован на стационарную работу. По прибытии на место дислокации монтажные бригады устанавливали рядом реакторный и турбогенераторный блоки и соединяли их трубопроводами с герметичными сочленениями. резервная энергоустановка и Блоки управления ставились не ближе 150 м от реактора, дабы обеспечить радиационную безопасность персонала.
С реакторного и турбогенераторного блока снимали колеса (прицепы устанавливались на домкратах) и отвозили их в надёжную территорию. Все это, само собой разумеется, в проекте, потому что действительность была другой.
Реактор, которого испугались
Электрический пуск первого реактора состоялся 24 ноября 1985 года, а спустя пять месяцев произошёл Чернобыль. Нет, проект не был срочно закрыт, и в общем итоге экспериментальный пример ПАЭС отработал на различных режимах нагрузки 2975 часов. Но, в то время, когда на волне охватившей мир и страну радиофобии внезапно поступила информация, что в 6 км от Минска стоит ядерный реактор экспериментальной конструкции, произошёл масштабный скандал.
Совмин СССР тут же создал рабочую группу, которой предстояло изучить вопрос о целесообразности предстоящих работ по «Памиру-630Д». В том же 1986 году Горбачевым был уволен легендарный глава Средмаша 88-летний Е.П. Славский, покровительствовавший проектам мобильных АЭС.
И нет ничего необычного в том, что в феврале 1988 года в соответствии с ответу Совмина СССР и АН БССР проект «Памир-630Д» прекратил собственный существование. Одним из основных мотивов, как значилось в документе, стала «недостаточная научная обоснованность выбора теплоносителя».
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№77, март 2009).
<
h4>