ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА В НАУКЕ И КОСМОСЕ
Атомная промышленность в нашей стране прошла серьезный путь. Первые задачи были связаны с обеспечением военного потенциала
и государственной безопасности. Однако в дальнейшем стало ясно, что мирный атом принесет гораздо больше пользы для развития стран мира. За 75 лет было сделано многое. Первопроходцы атомной промышленности посвятили ей жизнь, чтобы будущие поколения жили в прекрасном мире, улучшая его собственными достижениями.
Исследования в области ядерной физики велись в СССР ещё с 1920-х годов. В 1921 году Государственный учёный совет Наркомпроса учредил при Академии наук Радиевую лабораторию.
Некоторые достижения в использовании ядерной энергии в науке СССР:
– задача создания ядерного реактора возникла в связи с созданием ядерного оружия, для которого было необходимо подходящее делящееся вещество.
В результате исследований по простоте, быстроте и стоимости был выбран плутоний-239 (т. н. оружейный плутоний). В природе плутоний
не встречается, его нужно получать искусственно — например, облучая нейтронами уран-238[1]. Для получения плутония в оружейных количествах необходимо было длительно облучать мощными потоками нейтронов значительные количества урана. Проще всего этот процесс можно было осуществить в рамках управляемой цепной реакции, для осуществления которой нужно специальное устройство — ядерный реактор. Так в 1946 году впервые в Европе в реакторе Ф-1 под руководством Игоря Курчатова была осуществлена самоподдерживающаяся цепная реакция деления урана
и предназначался для проведения исследований, обосновывающих сооружение промышленных уран-графитовых реакторов для производства оружейного плутония. В реакторе Ф-1 были впервые в СССР получены значительные, так называемые весовые количества плутония. Реактор сразу после старта активно использовался для обучения советских физиков-эксплуатантов ядерного реактора. Практические занятия на первом реакторе проводили специалисты, которые его собирали и запускали. Опыт эксплуатации Ф-1 позволил приступить к строительству на Урале (ныне — город Озёрск) первого промышленного реактора А-1 мощностью 100 МВт. Он заработал в июне 1948 года. В 2012 году реактор Ф-1 был заглушен.
В настоящее время он имеет статус памятника науки и техники Российской Федерации. В 2016 году реактор Ф-1 стал музеем;
– 29 августа 1949 года на Семипалатинском полигоне была успешно испытана первая отечественная атомная бомба РДС-1. Это название произошло от правительственного постановления, где атомная бомба была зашифрована как «реактивный двигатель специальный», сокращённо РДС. Обозначение РДС-1 широко вошло в жизнь после испытания и расшифровывалось по-разному: «Реактивный двигатель Сталина», «Россия делает сама». Бомба разрабатывалась применительно к подвеске её в самолёте Ту-4, бомболюк которого обеспечивал возможность размещения изделия диаметром
до 1500 мм. Исходя из этого габарита, и был определён диаметр баллистического корпуса бомбы РДС-1;
– 12 августа 1953 года в СССР появилась первая в мире транспортабельная водородная бомба РДС-6с. Первое в мире ядерное взрывное устройство
с использованием термоядерной энергии, изготовленное в виде бомбы, пригодной к практическому военному применению. Это не был термоядерный заряд в современном понимании. Дело в том, что заряд можно считать термоядерным, если больше половины энергии при его взрыве выделяется
за счёт термоядерных реакций слияния ядер изотопов водорода — дейтерия
и трития, а не за счёт реакций деления ядер урана или плутония. С этой точки зрения – это изделие было атомным зарядом с так называемым термоядерным усилением, дававшим поток нейтронов, которые способствовали делению ядер урана-238. Это позволило повысить мощность заряда до 400 килотонн;
– в 1954 году была запущена первая в мире атомная электростанция
в Обнинске, подключённая к электрической сети. Станция стала важной вехой в истории мировой ядерной энергетики, положив начало использованию атомной энергии в мирных целях. Помимо выработки энергии, Обнинская АЭС служила уникальной экспериментальной базой. На ней проводились исследования по физике ядерных реакторов, радиационному материаловедению, радиохимии. Учёные изучали поведение различных материалов под воздействием радиации, отрабатывали методы контроля
и управления ядерными реакциями. Реактор Обнинской АЭС заглушили
в апреле 2002 года, в сентябре закончили выгружать из него отработанное топливо. В 2009 году на станции открыли музей атомной энергетики,
в который приезжают туристы со всего мира;
– с началом строительства первых атомных электростанций в СССР возникла смелая идея использовать силу атомной энергии для приведения в движение могучих ледокольных судов. Так начинается история ледокола «Ленин» — первого в мире надводного судна с атомной силовой установкой. 12 сентября 1959 года «Ленин» отправился в свое первое пробное плавание. Ледокол оснастили ядерной энергетической установкой типа ОК-150. Фактически ее эксплуатация все время велась в опытном режиме, далее было принято решение о замене на более новый реактор типа ОК-900, который ставился на другие атомные ледоколы. Ледокол «Ленин» проработал до 1989 года и стал первым судном, прошедшим севернее Северной Земли. За это время он прошёл более 654 400 морских миль, провёл через льды более 3700 судов
и сыграл важную роль в освоении Северного морского пути. Топливо
из ядерного реактора на судне было выгружено в полном объёме в 1993 году.
В результате радиационный фон внутри корабля на сегодняшний день ниже, чем на городских улицах. Причина в том, что космическая радиация доступа
к судовому реактору не имеет.
Сегодня самые разные космические миссии пользуются солнечными панелями и другими восполняемыми источниками энергии, тщательно рассчитывая количество топлива и его потребление. Однако стремление учёных заключается в создании устройств, функционирующих автономно,
то есть независимо от присутствия горючего.
Использование мирного атома для науки в космосе связано
с стремлением учёных создавать автономные устройства, которые не зависят от количества горючего. Ядерная энергетика-это безальтернативное направление, которое помогает развивать перспективные космические системы для исследования и освоения дальнего космоса. Исследователи выяснили, что ядерная энергия отлично подходит для полетов в космос. Такой источник энергии не занимает много места, также отмечается надежность радиоизотопных батарей. Отказ может произойти, только если устройство разрушится. В космосе начали использовать ядерное питание, когда запустили радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ), они используют энергию естественного радиоактивного распада изотопов.
В реакторах применяют энергию управляемой цепной реакции деления ядер тяжелых химических элементов, обычно урана. У обоих устройств похожий принцип действия — вырабатывание тепловой энергии — но ядерный реактор использует в работе управляемую цепную реакцию деления, а РИТЭГ — естественный распад нестабильных атомных ядер. Поэтому РИТЭГ является неуправляемым: при загрузке радиоактивного топлива он будет нагреваться
и вырабатывать электричество долгое время, постепенно снижая свою эффективность.
Если сравнить реактор и РИТЭГ, то у последнего мощность и КПД ниже, но, с другой стороны, и конструкция проще. Такое устройство может долго снабжать энергией космический аппарат, не требуя обслуживания. РИТЭГ все еще применяют для того, чтобы питать космическую технику. В РИТЭГ используется плутоний-238, он является источником почти чистого альфа-излучения, что позволяет ограничиться минимальной биологической защитой и делает его достаточно безопасным.
На сегодняшний день мировые учёные стремятся создать улучшенный генератор. Основной целью воспринимается повышение КПД до 30%. Люди отчётливо осознают, что для покорения космоса альтернатив ядерной энергетике нет. В марте 2024 года глава «Роскосмоса» сообщил, что планируется установить ядерную АЭС на Луне в 2033–2035 годах. В мае 2024 года он заявил, что «экспансия» планируется после 2036 года.