Отто Фриш. Об эффективности использования угольных станций
-----------------------------------------------------------------------
"Искатель", 1966, N 5. Пер. - Р.Фесенко.
OCR & spellcheck by HarryFan
-----------------------------------------------------------------------
ОТ РЕДАКЦИИ
Нижеследующая статья из ежегодника Института по использованию
источников энергии за 4995 год публикуется для ознакомления широких кругов
читателей с новыми данными, важными в настоящий момент в связи с угрозой
истощения запасов урана и тория в горнорудной системе Земля - Луна.
ВВОДНАЯ ЧАСТЬ
В связи с недавним открытием угля (черные окаменевшие растительные
остатки) во многих районах Земли возникают интересные возможности для
получения энергии от реакции деления. В некоторых местах, где были
обнаружены месторождения угля, имеются несомненные признаки их
эксплуатации доисторическим человеком. По всей вероятности, уголь
использовался в те времена лишь для женских украшений и окраски лица при
различных племенных церемониях.
Энергетические возможности угля зависят от его способности легко
окисляться - при этом достигается высокая температура и выделяется
энергия, равная примерно 0,0000001 мегаваттдням/грамма. Это, конечно, не
высокий энергетический показатель, но при добыче угля в больших масштабах
этот недостаток будет компенсирован.
Главное преимущество угля - это то, что его критическая масса намного
меньше, чем у любого ядерного горючего. Известно, что атомные станции
неэкономичны при мощностях меньше 50 мегаватт; угольные же станции могут
быть эффективно использованы в районах с малым потреблением энергии.
РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ УГОЛЬНОГО РЕАКТОРА
Труднее всего оказалось получить свободную, но управляемую подачу
кислорода к топливным элементам. Кинетика реакции уголь - кислород намного
сложнее кинетики деления атомного ядра и до сих пор не раскрыта. Получено
дифференциальное уравнение, аппроксимирующее процесс протекания этой
реакции, но его решение пригодно только для простейших случаев.
Реакционный сосуд предлагается выполнить в виде двух концентрически
встроенных цилиндров. Внешний цилиндр должен быть выполнен с перфорациями
для выхода продуктов сгорания. Перфорации внутреннего цилиндра служат для
подачи кислорода к топливным элементам, расположенным между внешним и
внутренним цилиндрами.
ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
По всей вероятности, топливные элементы для угольных реакторов будет
легче производить, чем для ядерных. Элементы из угля не требуется и
нецелесообразно покрывать оболочкой, поскольку это препятствовало бы
проникновению кислорода. Расчеты решеток различной конфигурации показали,
что будет наилучшей в эксплуатации самая простая решетка с плотной
упаковкой из разных сфер. В настоящее время проводятся расчеты на
вычислительных машинах по определению оптимального размера сфер и
возможных допусков.
Уголь мягок и легко обрабатывается, так что производство угольных сфер
не представит большого труда.
ОКИСЛИТЕЛЬ
Чистый кислород, безусловно, является идеальным окислителем, но его
использование потребует больших затрат. Предлагается применять в угольных
реакторах просто воздух. Однако воздух содержит 78 процентов азота, и даже
небольшая доля этого газа в соединении с углеродом угля образует
высокотоксичный газ цианоген, очень вредный для здоровья человека (см.
ниже).
ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЕ
Для получения реакции требуется довольно высокая температура (примерно
530 градусов). Такой температуры легче всего достичь, пропустив между
внешним и внутренним цилиндрами электрический ток (торцевые крышки при
этом должны быть выполнены из изоляционной керамики). Для пропускания тока
в несколько ампер при напряжении примерно в 30 вольт потребуются мощные
аккумуляторные батареи, а это значительно повысит стоимость всего
агрегата.
Скорость протекания реакции регулируется подачей кислорода. Этот метод
так же прост, как и метод использования регулирующих стержней в обычных
атомных реакторах.
КОРРОЗИЯ
Стены угольного реактора должны выдерживать высокие температуры
(превышающие намного 500 градусов) в среде, состоящей из кислорода, азота,
окиси и двуокиси углерода, с примесью двуокиси серы и других еще не
установленных нами компонентов. Таким тяжелым условиям могут противостоять
лишь немногие металлы и материалы из металлокерамики. Ниобий с тонким
никелевым покрытием может оказаться приемлемым, однако вероятнее всего
применение чистого никеля. Из керамики наиболее подходящим, пожалуй,
окажется сплав окиси тория.
ОПАСНОСТЬ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ
Главная опасность для здоровья человека связана с удалением продуктов
сгорания. В них содержится не только окись углерода и двуокись серы (оба
химических продукта высокотоксичны), но и большое количество канцерогенных
компонентов, как-то: цинатрин и др. Выпуск в атмосферу продуктов сгорания
исключается, так как при этом допустимая доза в радиусе нескольких
километров от реактора будет превышена.
Следовательно, газовые отходы необходимо собирать в соответствующие
контейнеры, которые следует подвергать затем химическому обезвреживанию.
Рационально смешивать газовые отходы с водородом для заполнения особых
шаров огромных размеров и выпускать их в воздушное пространство.
Твердые отходы придется удалять часто, по-видимому, не реже одного раза
в сутки. Использование обычного оборудования с дистанционным управлением
сведет к минимуму опасность для здоровья, связанную с операцией удаления
отходов. Твердые отходы предполагается вывозить в море и затапливать.
Существует опасность, и весьма маловероятная, что реактор расплавится
при выходе из-под контроля системы подачи кислорода, и тогда выделится
значительное количество ядовитых газов. Это один из серьезных доводов
против строительства угольных станций и за атомные, полная безопасность
которых подтверждена их эксплуатацией в течение нескольких тысяч лет. По
всей вероятности, потребуется еще несколько десятков лет на создание
достаточно надежной системы регулирования угольных реакторов.
Last-modified: Sun, 04 Mar 2001 20:41:57 GMT