Ядерные реакторы обретут размеры грецкого ореха: о чем мечтали в 1950‑е и что из этого сбылось

70 лет назад после пуска первой в мире АЭС в научно-популярном журнале «Техника — ​молодежи» открыли «Окно в будущее» — ​рубрику прогностических и футуристических материалов об атомной энергетике. Интересно перечитать, о чем мечтали в те годы, и выяснить, насколько эти прогнозы оказались точны.

Освоение Севморпути: Ожидания

«От одного из причалов Архангельска отходит трансарктический лайнер скорой линии Архангельск — ​Владивосток, обслуживающей порты северного побережья нашей страны. Несмотря на раннюю весну, навигация в полном разгаре. По взломанным штормами льдам Арктики движутся атомные суда. Вместо котельной установки и огромных, емкостью в сотни и тысячи тонн, топливных бункеров на каждом судне установлен компактный ядерный реактор, дающий тепло мощной паротурбогенераторной установке.

Трансарктическое судно представляет собой корабль водоизмещением до 25 тыс. т, развивающий мощность на гребных винтах до 40 тыс. л. с. и движущийся со скоростью 45 км/ч. Его ядерный реактор дает 200 тыс. кВт тепловой энергии, более половины которой расходуется для получения пара, используемого в турбогенераторах. Остальная часть тепла используется на создание давления, необходимого для работы сверхмощных гидромониторов. Как два острых ножа, врезаются в ледяное поле сверкающие струи, окруженные облаками пара. Это выбрасываются десятки тысяч тонн воды под давлением в несколько сот атмосфер. Перед этими струями не устоят даже многолетние полярные льды.

Пройдем внутрь судна. Корпус его длиной почти 160 м и шириной около 25 м разделен на 11 отсеков. Четыре отсека судна используются для размещения экипажа, пассажиров и 5 тыс. т груза. Все помещения изящно отделаны новыми материалами. Полы выстланы цветной пластмассой с живописными рисунками. На полу одного из салонов рисунок изображает карту Северного морского пути, выполненную люминесцентными красками. В помещениях много тропических растений.

В течение года непрерывной работы установка атомохода израсходует 78 кг урана. Эта цифра особо обращает на себя внимание, если вспомнить, что для работы подобного судна с обычной котельной установкой потребовалось бы в год около 150 тыс. т нефти».

№ 11, 1955 год

Реальность

Трансарктических грузо-пассажирских лайнеров с ледовой проходимостью за счет мощных струйных гидромониторов арктические моря не увидели. Вместо них (мы говорим о мирном судостроении) в СССР создали атомные ледоколы. За первым, «Лениным», построенным в 1956–1959 годах, последовала серия из шести более совершенных — ​типа «Арктика» (головной вступил в строй в 1974 году). В Финляндии по советскому заказу построили два атомных ледокола типа «Таймыр».

С исторической точки зрения именно атомный ледокольный флот (единственный в мире) позволил превратить Севморпуть в постоянно действующую магистраль между Крайним Севером и Дальним Востоком. Сейчас в нашем атомфлоте восемь современных ледоколов (еще два строятся) и три неатомных специализированных судна технического обеспечения.

Что касается атомных грузо­пассажирских судов, то одно такое было построено (правда, не для Арктики) в США по национальной программе «Мирный атом». Это была очень красивая по силуэту «Саванна», эксплуатировавшаяся в 1962–1970 годах. Увы, коммерческого успеха она не имела.

Ядерный аэродвигатель: Ожидания

«Атомная энергия все шире применяется в промышленности, энергетике, сельском хозяйстве и медицине. Но недалеко то время, когда ее применят и в авиации. С аэродромов легко поднимутся в воздух гигантские машины. Атомные самолеты смогут летать практически как угодно долго, месяцами не опускаясь на землю, совершая десятки беспосадочных кругосветных полетов со сверхзвуковой скоростью.

Проблема применения атомного двигателя на самолете возникла уже несколько лет назад. Однако ее решение наталкивается на значительные трудности. Сложно решается вопрос о самом атомном двигателе. Чтобы преодолеть основную трудность — ​обеспечение сильного нагрева воздуха в двигателе, можно применить следующую схему. Воздух с урановой пылью через компрессор поступает в реактор, представляющий собою систему сопел из графита. Здесь благодаря наличию графита (замедлителя нейтронов до тепловых скоростей, необходимых для начала реакции деления. — ​​«СР») в урановой пыли начинается ядерная реакция. Разогретый в реакторе воздух с урановой пылью проходит в газовую турбину и закручивается в циклоне. При закручивании центробежные силы отбрасывают к внешним стенкам циклона тяжелую урановую пыль, которая с частью воздуха возвращается к компрессору. Основной поток воздуха, освобожденный от урановой пыли, выбрасывается назад через сопло и создает реактивную тягу».

№ 8, 1955 год

Реальность

Самое удивительное, что этот материал вышел в тот же месяц, что и совершенно секретное постановление Совета Министров СССР № 1561-868 о разработке атомных стратегических бомбардировщиков.

Журнал прозрачно намекнул на военное предназначение атомных самолетов, живописуя их способность находиться в воздухе сколь угодно долго, ведь это совершенно не нужно ни пассажирским, ни грузовым линиям. А вот для бомбардировщиков или «самолетов Судного дня» (воздушных командных пунктов с высшим военно-политическим руководством на борту) такое качество — ​самое то.

В США и СССР в 1950–1970‑е годы отрабатывались полеты экспериментальных тяжелых самолетов (на основе обычных) с работающими ядерными реакторами. У американцев это был NB‑36H, у Советского Союза — ​Ту‑95ЛАЛ и Ан‑22ПЛО «Аист». Правда, все это дозвуковые машины, хотя, скажем, в СССР разрабатывали сверхзвуковые атомные бомбардировщики — ​туполевский Ту‑120 и мясищевские под разными шифрами. Но до развертывания атомной авиации нигде дело не дошло. Слишком сложной посчитали организацию безопасной эксплуатации.

Термоядерный синтез: Ожидания

«Запасы урана и тория велики, но не безграничны. При расщеплении атомных ядер урана или плутония выделяется в шесть-семь раз меньше энергии, чем при синтезе гелия из водорода. Поэтому проблемой завтрашнего дня является открытие путей использования ядерной энергии синтеза.

Сегодня реакция такого синтеза протекает неуправляемо, при взрыве водородной бомбы. Однако существуют теоретические возможности управления термоядерными реакциями. У нас ведутся опытные работы с целью осуществления этих возможностей на практике.

Для химических реакций найдено много катализаторов — ​ускорителей процессов. Нечто вроде катализатора для ядерных реакций представляет собой обнаруженная учеными частица, которую назвали мю-мезоном…

Речь идет о том, что отрицательный мю-мезон, попадая вместо электрона на внешнюю орбиту атома водорода, способен образовать с протоном так называемый нейтральный атом — ​мезоводород. Размеры у мезоатома много меньше, чем у обычного водорода, во столько же раз, во сколько мезон тяжелее электрона. Поэтому такие атомы, сближаясь при некоторых благоприятных условиях, могут образовать гелий, выделяя колоссальное количество энергии…

Реакция, осуществлявшаяся до сих пор при температуре в миллионы градусов и давлении в сотни миллионов атмосфер, при посредстве мю-мезонов протекает при обычных температурах и давлении.

Открытие потрясающее! Дело теперь в том, чтобы найти источник мезонов более долговечных, чем мю-мезоны, время жизни которых исчисляется миллионными долями секунды. За этот срок мю-мезоны в состоянии образовать не более двух ядер. Как только постоянный источник мезонов будет найден, ядерные реакторы обретут, вероятно, размеры грецкого ореха. И энерговооруженность человека сказочно возрастет».

№ 10, 1957 год

Реальность

Хорошо известен грандиозный международный эксперимент — ​проект термоядерного реактора ИТЭР типа токамак. Токамаки построены в нескольких странах, перспективы вполне обнадеживают, хотя промышленно-коммерческое овладение управляемым термоядерным синтезом к концу XX века так и не состоялось.

Конечно, создание мощных термоядерных реакторов размером с грецкий орех и сегодня фантастика. Но то, что внедрение управляемого термояда решит энергетические проблемы человечества, несомненно.

Применение лития: Ожидания

«В ближайшем будущем литий‑6, возможно, окажет более сильный толчок на историю развития ядерной энергетики, чем это сделал уран‑235… Расплавленный литий является превосходным веществом для отвода тепла в ядерном реакторе. Пожалуй, единственным препятствием этому использованию является то, что при высоких температурах литий чрезвычайно легко подвергается коррозии.

В природе литий встречается в виде соединения двух устойчивых изотопов — ​лития‑6 и лития‑7 (последний имеет на один нейтрон больше). Менее 10 % всего лития представляет собой литий‑6. Но именно его специфические свойства нужны атомной промышленности. В других отраслях литий‑6 пока не имеет известного применения. И, наоборот, литий‑7 не применяется в атомной технике, но с успехом используется в других областях.

Только предприятиям атомной промышленности известен метод разделения этих изотопов лития. И хотя этот метод разделения изотопов является секретным, все же известно, что по своей простоте он напоминает сортировку мячей двух цветов и много проще невероятно сложной задачи отделения урана‑235 от урана‑238 (литий‑6 и литий‑7 разделяются, например, методом COLEX — ​колоночной экстракции с использованием ртутно-литиевой амальгамы. — ​«СР»).

Литий‑7 вошел в смазочные материалы, не растворимые в воде, которые могут эффективно применяться в исключительно широком интервале температур (от –50 до +160 °C). Для кондиционирования воздуха применяются хлорид и бромид лития благодаря их способности поглощать органические амины, аммиак и дымы. Гидрид лития является легким (по весу) источником водорода и используется при наполнении воздушных шаров, а также устойчивых на воде спасательных средств, применяемых в авиации и на флоте.

Углекислые соединения лития используются в качестве примеси в эмалевых покрытиях для фарфора (интересно, что гафниат лития входит в состав эмали для захоронения высокоактивных отходов. — ​«СР»). Эти соединения лития снижают точку плавления эмалей, делая их легко текучими, и позволяют обжигать при более низкой температуре. Фторид и хлорид лития употребляются в качестве компонентов обмазки для сварочных электродов и как составная часть флюсов для сварки алюминия и магния. Амид лития является важным промежуточным продуктом в производстве антигистаминов и других фармацевтических препаратов. Соединения лития используются в производстве синтетического каучука (соединения с обогащением по литию‑7 — ​еще и в технологии поддержания водно-химического режима ядерных реакторов. — ​​«СР»).

Топливо для ракет должно иметь два компонента: горючее и кислород. У лития есть следующее большое преимущество: в то время, как для сгорания одного атома углерода нужны два атома кислорода, то литий для сгорания двух атомов требует только один атом кислорода. Отсюда большая экономия окисляющего вещества.

Некоторые соединения лития обещают оказать огромную услугу агрономам. Как установлено, литий повышает сопротивляемость некоторых растений плесени, а следовательно, и многим болезням.

Можно предсказать, что литий скоро займет почетнейшее место в различных областях промышленности и быта и век лития и водорода придет на смену атомному веку».

№ 7, 1959 год

Реальность

Практически все, о чем повествовала эта заметка касательно использования лития при создании термоядерной энергетики будущего, осуществлено или рассматривается как реальная перспектива.