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.