Изотопные мини-генераторы в СССР, которые могли давать бесплатное отопление
Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.
1. Дела давно минувших дней
Томас Иоганн Зеебек еще в 1821 г. сделал одно очень интересное открытие. Он выяснил, что когда металлический проводник из двух различных материалов с одной стороны нагревает, а с другой, наоборот, охлаждает, тогда производится электрический ток. Назвали данное явление эффектом Зеебека или термоэлектричеством. Но в связи с тем, что КПД этого электрического генератора слишком низкое, о нем благополучно забыли на длительный срок.
2. Советское время
Физики из СССР об этом эффекте вспомнили в период ВОВ. Дело в том, что партизанам понадобился простой электрогенератор и одновременно с тем надежный, чтобы можно было заряжать рации. В срочном порядке было налажено производство особенных котелков, которые производили электричество благодаря жару от костра.
После окончания ВОВ термогенераторы стали применять для питания бытовых радиоприемников. В то время основным осветительным прибором была керосинка (лампа). Она же использовалась и как источник тепла.
Кстати, радиоприемники, созданные компанией GRUNDIG, в течение продолжительного времени комплектовались термогенератором.
Как только стали осваивать космос, в термогенераторах опять возникла потребность. На близких расстояниях от Земли можно обойтись и солнечными батареями, а вот на более дальних они являются бесполезными. Для термогенераторов источником тепла стали ядерные изотопы. Генераторы получили название РИТЭГ.
Преимущество изотопа в том, что на протяжении многих лет он может обеспечивать тепло высокой стабильной мощности. Отдача в год понижается меньше чем на один процент. В космической технике применяют Плутоний-238. У нее полураспад составляет 88 лет. Из всех существующих изотопов этот считается наименее опасным. Хотя, есть и отрицательный момент – изотоп слишком дорогостоящий. На спутниках Соединенных Штатов «Вояджер», которые находятся за пределами Солнечной системы, эти РИТЭГи стоят 44 года. Именно они обеспечивают теплом и электроэнергией аппаратуру.
РИТЭГи, которые используют на земле, работают на другом изотопе, называемом Стронций-90. По цене он менее дорогой, но ему необходима лучшая защита. Срок полураспада у него меньше – 29 лет. В Союзе они применялись для снабжения энергией удаленных радионавигационных систем и маяков.
В начале семидесятых годов прошлого столетия решили сделать ядерный мощный необслуживаемый термогенератор, чтобы можно было обеспечить населенные пункты, расположенные на удалении, теплом, горячей водой и электричеством.
Проект АТЭС «Елена» подготовили в 1981 г. Станция вообще не обслуживалась. Собранная конструкция – это цилиндр, который закапывается в землю. Так как в этом цилиндре отсутствуют двигатель насос, различные механизмы, обслуживания он не требует около тридцати лет. Конструкция вырабатывает до трех тысяч киловатт энергии тепла и до ста киловатт электроэнергии. Этого хватает, чтобы отопить поселок и в придачу большущую теплицу.
Чтобы подтвердить точность сделанных расчетов, в Институте им. Курчатова создали опытную АТЭС под названием «Гамма». Проработала эта станция свои три десятка лет без каких-либо сбоев. Ученые для получения максимально точных данных создавали искусственным образом критические ситуации, в том числе и абсолютное замыкание, но станция прошла все эти испытания.
3. Постсоветское время
После того, как Советский Союз распался, ученые предложили поставить на поток АТЭС, пытаясь доказать повышенную эффективность с экономической точки зрения. Но предложение реализовано не было. Сейчас несколько известных мировых компаний работают над атомными мини-термоэлектростанциями. Компания Toshiba подготовила проект под названием Toshiba 4S, который очень похож на созданную в Советском Союзе систему «Елена». Цена такой электроэнергии равна 5 центам. Сейчас это 3,7 руб. за кВт/час. Сюда входят и траты на демонтаж спустя тридцать лет.
Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:
Источник
Малогабаритная атомная электростанция ТЭС
Малый реактор Елена
Ядерная термоэлектрическая установка «Елена» — не просто атомная электростанция малых размеров. В ней реализован принципиально новый подход к созданию комплексных систем жизнеобеспечения не больших населённых пунктов. Её концепция, выработанная в результате научно-исследовательских работ и проектных разработок, имеет четыре отличительные особенности.
Реактор не нуждается в обслуживании. Однажды запущенный, он работает без участия человека десятки лет.
Реактор саморегулируется. Все внешние воздействия и внутренние изменения компенсируют естественно протекающие в реакторе физические процессы без вмешательства автоматики или человека-оператора.
В течение всего срока службы реактор работает без замены топлива. Все потенциально опасные работы по перегрузке радиоактивных материалов полностью исключены.
Реактор абсолютно изолирован от окружающей среды. Сброса жидких и газообразных отходов ни при нормальной работе реактора, ни в аварийных ситуациях не происходит.
Ядерная термоэлектрическая «Елена» — источник электрической и тепловой энергии. Установка разбирается на блоки массой не более 20 тонн, которые можно доставить в любую точку страны и собрать на месте за 3 — 4 месяца.
В собранном виде «Елена» представляет собою цилиндр диаметром 4,5 и высотой 15 метров. Масса установки — 168 тонн. Её ядерный реактор окружён 3 защитными корпусами, рассчитанными на то, чтобы исключить выброс радионуклидов в окружающую среду при любых мыслимых неисправностях. Установка монтируется в шахте глубиной 15-25 метров, закрывается мощными бетонными перекрытиями. Она способна выдержать землетрясение силой до 8 баллов и прямое попадание потерпевшего аварию тяжёлого самолёта со взрывом его горючего и пожаром.
Источником тепловой энергии установки служит водо-водяной реактор, работающий на диоксиде урана. Его тепловыделяющие элементы выпускаются серийно для промышленных АЭС и рассчитаны на непрерывную работу в течение 25-30 лет. Активная зона реактора омывается дистиллированной водой, которая служит одновременно замедлителем нейтронов и теплоносителем. Вода под давлением около 180 атмосфер нагревается до 3200С и начинает самостоятельно циркулировать в пространстве первого контура, омывая горячие спаи термоэлектрических батарей. Их «холодные» спаи погружены в воду второго контура с температурой около 1000С, которая также циркулирует в замкнутом пространстве, отдавая тепло воде третьего контура. И только эта, нагретая до 900С, вода поступает в систему отопления и горячего водоснабжения поселка. Уровень радиоактивности воды третьего контура не превышает величины природного фона.
Теплофикационная мощность установки- около трех мегаватт, а электрическая- порядка 100 киловатт. Этого достаточно, чтобы обеспечить основные энергетические потребности небольшого поселка. Внутреннее сопротивление термоэлектрических батарей довольно велико, поэтому даже короткое замыкание на линии не опасно — сила тока при этом возрастает не более чем в два раза. Требуемое напряжение подбирают, по-разному соединяя термоэлектрические батареи в группы. А подключив их через инвертор — несложное устройство, преобразующее постоянный ток в переменный, — получают стандартный сетевой ток напряжением 220 вольт.
И все-таки остается вопрос: насколько ядерная установка «Елена» безопасна, что гарантирует её самозащищенность? Чтобы ответить на него, необходимо вспомнить некоторые особенности работы ядерных реакторов.
Ядро урана- 235 способно распадаться либо самопроизвольно, либо захватывая нейтрон низкой энергии и порождая два или три нейтрона на одно деление. Новорожденные нейтроны имеют большую энергию, высокую скорость и быстро покидают реактор. Чтобы реакция деления шла надежно, их необходимо затормозить, пропустив через замедлитель, например, слой воды. Тогда эти вторичные нейтроны, в свою очередь, вызовут распад новых атомов — реакция деления станет самоподдерживающейся. Форму реактора, количество и расположение в нем тепловыделяющих элементов и поглотителей можно выбрать так, что выход нейтронов в реакторе и, следовательно, энергия, которую он вырабатывает, будет всегда постоянной. В этом случае говорят о его нулевой реактивности. Если реактивность больше нуля, реактор разогревается все сильнее, и требуется вводить в его активную зону поглотитель нейтронов — стержни, содержащие бор или кадмий, чтобы вернуть реактор в нормальный рабочий режим. Но топливо постепенно выгорает, и мощность реактора падает. Стержни приходится поднимать, уменьшая поглощение нейтронов. Этим и занимаются операторы больших АЭС: они периодически подстраивают реактивность, манипулируя поглощающими стержнями. В «Елене» этого делать не нужно : её реактор имеет нулевую реактивность всегда. Поэтому поглощающие стержни за время работы установки приходится трогать дважды: при её запуске их нужно извлечь из реактора, и в конце работы — лет через 25-30 — вернуть на место, погасив реакцию. Возможным это стало потому, что выгорание топлива в реакторе « Елена» компенсируют тепловые свойства замедлителя нейтронов — воды, омывающей реактор. Чем ниже её температура, тем выше её плотность, тем сильнее она замедляет нейтроны, тем больше становится реактивность и тепловыделение реактора. Все эти процессы в больших водо — водяных реакторах проходят за дни и недели, а в «Елене», при малой мощности её, изменение реактивности происходит гораздо медленнее, оно растянуто на годы и десятилетия. При нагревании воды происходят обратные процессы, и в любом случае реактор автоматически возвращается к состоянию с нулевой реактивностью. Более того: если по какой- то причине активная зона реактора «высохнет» — например, из-за резкого вскипания воды и выброса паровой смеси из первичного контура ( событие крайне маловероятное, скорее даже гипотетическое) реактивность резко упадет и реактор просто погаснет.
Высокая степень безопасности установки «Елена» не просто плод теоретических изысканий. Она подтверждается практикой: в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова уже 12 лет успешно работает демонстрационный прототип «Елены» — стенд «Гамма», моделирующий натурные условия работы ядерной термоэлектрической установки. За 12 лет непрерывной работы на установке не было ни одного сбоя; все её системы и агрегаты работали и продолжают работать в заданном режиме.
Это значит, что основные технические решения установки «Елена» выбраны правильно и при её эксплуатации никаких сюрпризов, ожидать не следует.
Но вот прошло 25 лет — срок службы реакторной установки «Елена». Её реактор заглушают и выдерживают месяца 2-3. После этого из реактора извлекают тепловыделяющие сборки и сливают воду первого и второго контуров. Твэлы и около 4 кубометров радиоактивной воды первого контура вывозят для переработки и захоронения. Содержание радионуклидов в семидесяти кубометрах воды второго контура настолько мало, что её можно упарить до объёма 0,5-0,7 м3 и вывезти вместе с водой первого контура.
Крышку реактора устанавливают на место, а саму обезвреженную установку замуровывают в той шахте, где она работала всё это время. Ни контроля, ни наблюдения она больше не требует. В таком виде установку можно оставить лет на 10-15, а потом шахту вскрыть и установку демонтировать. За это время радиоактивность, наведённая в элементах её конструкции, уменьшится настолько, что все работы можно будет проводить без средств радиационной защиты. При необходимости установку можно разобрать и сразу после её выключения. Работать тогда придется с соблюдением всех мер предосторожности, что обойдётся, конечно, гораздо дороже. Но в любом случае на поверхности земли остается зеленая лужайка, без каких- либо следов работы атомной станции.
Источник
Изотопные мини-генераторы СССР: дешевое электричество и бесплатное отопление.
В нынешние морозы на отоплении разориться можно. Невольно вспомнилось интересное изобретение СССР: изотопные мини-электростанции, в процессе работы выделяющие много ненужного тепла, а это практически дармовое отопление.
В 1821 году физик Томас Иоганн Зеебек открыл интересный эффект: если проводник, состоящий из двух разных металлов нагревать с одной стороны, а с другой охлаждать, то вырабатывается электричество. Это явление получило название термоэлектричество или эффект Зеебека .
КПД такого электрогенератора очень низкое, поэтому про него надолго забыли.
Советские физики вспомнили про этот эффект во время Великой Отечественной Войны: для зарядки аккумуляторов раций партизанских отрядов нужен был простой и надежный электрогенератор. Срочно наладили изготовление котелков, вырабатывающих термоэлектричество от жара обычного костра.
После войны термогенераторы использовали для электропитания домашних радиоприемников. В качестве источника тепла служила керосиновая лампа-самый распространенный источник света в домах тех времен.
Даже фирма GRUNDIG долгое время комплектовала свои радиоприемники термогенератором.
С началом космической эры снова понадобились термогенераторы. Если в околоземном космосе можно использовать солнечные батареи, то в дальнем космосе от них толку нет. В качестве источника тепла для термогенераторов начали использовать ядерные изотопы. Такие генераторы называются РИТЭ́Г (радиоизотопный термоэлектрический генератор )
Изотоп хорош тем, что долгие годы может выдавать стабильно высокую тепловую мощность. Снижение отдачи менее 1% в год. В космических аппаратах используется изотоп Плутоний-238 с сроком полураспада 88 лет. Считается самым безопасным из всех изотопов-на первом фото девушка проверяет работу термогенератора без всяких защитных костюмов. Единственный минус-высокая стоимость Плутония -238. Такие РИТЭ́Ги уже 44 года работают на американских спутниках «Вояджер» , улетевших за пределы Солнечной системы, обеспечивая электричеством и теплом научную аппаратуру.
Для наземных РИТЭ́Гов использовали изотоп Стронций-90. Он очень дешевый, но требует более массивную защитную оболочку. Так же у него ниже срок службы-период полураспада 29 лет . Эти термогенераторы широко использовали в СССР для энергоснабжения маяков и удаленных систем радионавигации.
В начале 70х годов было принято решение создать необслуживаемый ядерный термогенератор большой мощности для обеспечения электричеством, отоплением и горячим водоснабжением удаленных населенных пунктов.
В 1981 году проект станции с романтическим названием «Елена» был готов. АТЭС ( атомная термоэлектрическая станция) была полностью необслуживаемой. Конструкция в собранном виде представляла цилиндр, закапываемый в землю. В конструкции нет никаких механизмов, насосов, двигателей, поэтому может работать без обслуживания до 30 лет. Генерирует до 100 кВт электрической и до 3000кВт тепловой энергии. В принципе, этого с лихвой хватит для отопления целого поселка и еще и останется на огромную теплицу.
Для подтверждения точности расчетов была построена опытная станция АТЭС «Гамма» в Институте им. Курчатова. Станция проработал положенные 30 лет без единого происшествия. Причем ученные искусственно создавали критические режимы работы вплоть до полного короткого замыкания на входе- АТЭС «Гамма» выдержала все испытания.
Уже после распада СССР, ученные предлагали начать широкое внедрение АТЭС, доказывая высокую экономическую эффективность. К тому времени у руля энергосистемы России ( РАО ЕЭС) уже стоял очень рыжий всесильный дяденька, которому конкуренты были явно не нужны
Весь проект «похоронили», аргументируя якобы невозможностью защитить от вандалов и террористов. В качестве примера приводили разрушенные охотниками за цветным металлом РИТЭГ и на Камчатке.
Чему же тут удивляться, если РИТЭГ и были в свободном доступе, а хозяина этих установок новая власть просто ликвидировала.
Между тем уже несколько компаний в мире занимается малыми атомными термоэлектростанциями. Например у фирмы Toshiba уже готов проект Toshiba 4S «Super Safe, Small and Simple» (супер надежный, маленький и простой). По внешнему виду проект конечно очень напоминает советскую АТЭС «Елена», но как известно, есть пословица «Не пойман-не вор».
Стоимость вырабатываемой электроэнергии 5 центов! Это по нынешнему курсу 3,7 рубля за киловатт/час электроэнергии. Туда же заложены расходы на демонтаж через 30 лет, да и в плане прибыли уж себя то японцы не обделят.
Вот так вот порадовались чудесному изобретению СССР 40 летней давности, но пора вернуться в реальность и подбросить дрова в печку-холодно становится что то в доме.
Источник