Физические основы получения атомной энергии - [52]
Атомные электростанции будут строиться в первую очередь в районах с дальнепривозным топливом. Поэтому две атомные электростанции общей мощностью в 1 млн. квт намечено построить на Урале. Атомная электростанция мощностью в 400 тыс. квт будет построена также вблизи от Москвы. Общая мощность атомных электростанций, которые должны быть пущены в шестой пятилетке, составит 2–2,5 млн. квт и будет сравнима с мощностью такой крупнейшей в мире электростанции, как, например Куйбышевская. Мощность вводимых в строй атомных электростанций превосходит, судя по опубликованным данным, аналогичные планируемые мощности атомных электростанций США и Англии.
Успехи, достигнутые в последнее время в развитии атомной энергетики, дают основание предполагать, что в недалеком будущем могут быть созданы передвижные атомные электростанции. Такие энергетические установки с успехом могут быть использованы в качестве источников электроэнергии в районах, отдаленных от баз снабжения горючим или подвергшихся сильному разрушению. Особенно эффективно передвижные атомные электростанции, смонтированные на автомашинах, могут быть использованы в войсках для обеспечения электроэнергией ремонтно-восстановительных частей и для производства других разнообразных работ.
На атомных электростанциях тепло, выделяющееся в реакторе, сначала преобразуется с помощью пара в механическую энергию, а уже затем в электрическую. Такой метод получения электрической энергии принципиально ничем не отличается от аналогичного метода, используемого в паросиловых установках обычных тепловых электростанций.
Наука давно уже установила, что коэффициент полезного действия любой тепловой установки тем больше, чем больше разность температур между нагревателем (парогенератором) и холодильником (конденсатором). Цепная реакция, осуществляемая в реакторе, позволяет в принципе получать очень высокие температуры, при которых коэффициент полезного действия установки приблизился бы к 100%. Однако отсутствие жаропрочных материалов, способных выдерживать высокие температуры, ограничивает реализуемые в реакторах температуры несколькими сотнями градусов, в связи с чем коэффициент полезного действия мощных атомных электростанций оказывается такого же порядка, как и у обычных тепловых электростанций (25–30%).
Возникает вопрос: нельзя ли избежать всех этих сложных и многократных превращений атомной энергии? Возможны ли другие пути превращения атомной энергии в электрическую? Оказывается, возможны, и притом несколько.
Один из намечающихся путей заключается в непосредственном превращении тепла, выделяющегося в цепной реакции или при радиоактивном распаде, в электрическую энергию с помощью так называемых термоэлектрических батарей или генераторов.
Физические основания этого следующие. Если взять две разнородные проволочки (например, железную и константановую) и спаять их концы, образовав замкнутую цепь, то при нагревании одного из спаев в цепи течет электрический ток. Такая пара из двух спаянных разнородных проводников получила название термопары, или термоэлемента. Часть тепловой энергии, нагревающей горячий спай, превращается в термоэлементе в электрическую энергию. Коэффициент полезного действия термоэлемента из металлических проводников очень мал и не превышает 0,5%. Но, как показали советские физики, руководимые акад. А. Ф. Иоффе, термоэлемент, состоящий из металлического проводника и полупроводника или из двух разнородных полупроводников, имеет более высокий коэффициент полезного действия, достигающий 7–10%. А это не так уж мало, если вспомнить, например, что коэффициент полезного действия паровоза составляет 4–6%.
Система из множества термоэлементов, включенных последовательно (иногда и параллельно), называется термоэлектрической батареей, или термоэлектрическим генератором. Первое практическое применение подобных генераторов осуществлено в Советском Союзе в целях радиофикации отдаленных районов, не имеющих электрической энергии. На рис. 52 приведена фотография керосинового термоэлектрогенератора (ТГК-3), разработанного в Институте полупроводников Академии наук СССР и предназначенного для питания электрической энергией радиоприемника средней мощности. Горячие газы лампы нагревают внутренние спаи термоэлементов, наружные спаи охлаждаются окружающим воздухом. На фотографии виден ребристый радиатор, присоединенный к наружным спаям для лучшего их охлаждения.
После ознакомления с керосиновым генератором нетрудно будет понять идею конструкции атомной термоэлектрической батареи (термоэлектрогенератора).
Ядерный реактор в виде цилиндра из графитовой кладки с урановыми стержнями окружается цилиндрической рубашкой, внутрь которой вводятся нагреваемые спаи последовательно соединенных термоэлементов; холодные спаи размещаются снаружи и охлаждаются окружающим воздухом. Тепло, выделяющееся в реакторе, нагревает внутренние спаи и поддерживает тем самым разность температур между ними и наружными спаями. Вследствие этого в цепи термоэлементов будет непрерывно протекать электрический ток. К сожалению, такие батареи будут маломощными.
