Teraz wydaje się to dziwne, ale zaledwie dziesięć lat po zbombardowaniu Hiroszimy, które pokazało wszystkie „zachwyty” promieniowania, świat dosłownie zakochał się w energii atomowej. Projektanci ZSRR i Stanów Zjednoczonych z entuzjazmem wymyślili, jaki inny transport umieścić na reaktorze jądrowym. Oprócz atomowych okrętów podwodnych i lodołamaczy, które istnieją do dziś, zaprojektowano samoloty atomowe, samochody, a nawet sterowce. Inżynierowie połowy XX wieku na serio marzyli o gigantycznych pociągach, które byłyby ciągnięte w dal przez lokomotywę spalinową z atomowym sercem na tysiące i tysiące kilometrów.
Do tundry na szerokim torze
Jeśli mówimy o rzeczywistości, to w przeciwieństwie do programu tworzenia bombowców atomowych - a ZSRR testował nawet specjalnie zaprojektowany reaktor w powietrzu - historia projektowania atomowych megapociągów nie posunęła się tak daleko. Nie zbudowano eksperymentalnych modeli lokomotyw ani torów odpowiadających planowi. Wszystko zatrzymało się na poziomie szkiców projektów. Jednocześnie, w odróżnieniu od głęboko sklasyfikowanych prac nad stworzeniem tego samego samolotu o napędzie atomowym, idea lokomotyw spalinowych napędzanych reaktorami była promowana w gazetach, książkach i czasopismach popularnonaukowych. Gazeta Gudok, publikacja Ministerstwa Kolei ZSRR, napisała w 1956 roku: „W warunkach Północy, Dalekiego Wschodu i pustyń Azji Środkowej elektryfikacja nowo budowanych linii kolejowych nie zawsze jest wskazana. W takich warunkach lepiej jest używać lokomotyw jądrowych,które mogłyby pracować autonomicznie, bez dostarczania dużych ilości paliwa lub innych materiałów … Oczywiście lokomotywa atomowa będzie znacznie cięższa niż lokomotywa parowa czy lokomotywa spalinowa o tej samej mocy. Ale jeśli taka lokomotywa zostanie wysłana na odległą autostradę, na przykład do Arktyki, to będzie tam pracować sporadycznie przez cały sezon zimowy bez dodatkowego zasilania. Bardzo łatwo jest przekształcić go w mobilną elektrownię. Ponadto będzie w stanie dostarczać energię do łaźni, pralni, szklarni do uprawy warzyw”.wtedy będzie pracował tam z przerwami przez cały sezon zimowy bez dodatkowych zapasów. Bardzo łatwo jest przekształcić go w mobilną elektrownię. Ponadto będzie w stanie dostarczać energię do łaźni, pralni, szklarni do uprawy warzyw”.wtedy będzie pracował tam z przerwami przez cały sezon zimowy bez dodatkowych zapasów. Bardzo łatwo jest przekształcić go w mobilną elektrownię. Ponadto będzie w stanie dostarczać energię do łaźni, pralni, szklarni do uprawy warzyw”.
Ale łóżka ogórków na kole podbiegunowym nie były, oczywiście, ostatecznym marzeniem dla tych, którzy wierzyli w świetlaną przyszłość atomu kolei. Pomysł na megapociągi wyglądał o wiele bardziej ambitnie i pretensjonalnie. Miały składać się z potężnej lokomotywy jądrowej i olbrzymich wagonów ustawionych na ultraszerokim torze, który byłby 2,5-3 razy szerszy od standardu przyjętego w naszym kraju - 1520 mm. Jednocześnie ładowność wagonów towarowych tej klasy mogłaby być porównywalna z ładunkami rzecznych statków towarowych, a dwupokładowe samochody osobowe oferowałyby podróżnym niespotykaną dotąd przestrzeń i komfort. Obraz przedstawiony na pierwszej rozkładówce naszego artykułu jest zbiorowym wizualnym obrazem takiego projektu wykonanego przez współczesnego artystę.
NPP na kołach
Film promocyjny:
Czasami słyszymy o projektach „atomowych lokomotyw parowych”, ale oczywiście nikt nie zamierzał kręcić kołami lokomotywy o napędzie parowym. Planowano wykorzystanie silników elektrycznych jako napędu kół, które z kolei byłyby napędzane przez elektrownię jądrową znajdującą się wewnątrz lokomotywy, zbudowaną według schematu klasycznego. W wyniku reakcji jądrowej powstaje ciepło, które jest przekazywane do chłodziwa i oddaje ciepło wodzie w wytwornicy pary. Powstała para przepływa rurami do turbiny, a turbina z kolei napędza wał generatora elektrycznego w ruchu obrotowym.
Poniższy rysunek przedstawia schemat lokomotywy jednosekcyjnej, w której reaktor, generator i silniki elektryczne znajdują się wewnątrz jednej bryły, tylko reaktor z wymiennikiem ciepła pokryty jest przegrodą bioochronną. Istnieją informacje, że rozważano również opcję trójsekcyjną, w której dla reaktora przeznaczono specjalną sekcję, izolowaną biologicznie, połączoną z dwoma innymi łącznikami.
Na uwagę zasługuje liczba osi lokomotyw: projektanci przewidzieli, że jej ogromny ciężar wymusi bardziej równomierne rozłożenie ładunku na torze. Pomysł pociągu z reaktorem jądrowym jest prosty i nie ma fundamentalnych przeszkód w jego realizacji. Ale dlaczego w takim razie nadal nie jeździmy w wagonach pałacowych i nie podbijamy arktycznych przestrzeni lokomotywami atomowymi?
Oczywiste jest, że kwestia celowości budowy gigantycznych pociągów o napędzie atomowym dzieli się na dwie części: możliwość wykorzystania energii jądrowej w transporcie pasażerskim oraz techniczne i ekonomiczne uzasadnienie znacznej rozbudowy torów kolejowych.
Beton i ołów
Właściwie nic nie stoi na przeszkodzie, aby energia rozpadu jądra atomowego została wykorzystana w przemyśle transportowym, a ponadto jest aktywnie wykorzystywana. Około 75% energii elektrycznej we Francji jest wytwarzane przez elektrownie atomowe, więc słynne szybkie pociągi TGV, zasilane energią elektryczną z napowietrznej sieci trakcyjnej, można w pewnym sensie uznać za „pociągi atomowe”. Ale czy jest możliwe lub konieczne zabranie ze sobą całej elektrowni? Jedynym powodem jest możliwość długotrwałej eksploatacji pojazdu bez tankowania w przypadku braku paliwa i odpowiedniej infrastruktury. W przypadku lodołamaczy podczas długich rejsów po wodach Arktyki lub okrętów podwodnych w pogotowiu na innej półkuli niezwykle ważna jest długoterminowa autonomia energetyczna. Nie kolidowałoby z bombowcami strategicznymi ani samolotami przeciw okrętom podwodnym,który mógłby całymi dniami krążyć nad oceanem, z dala od lotniska macierzystego. Jednak samoloty jądrowe musiały zostać porzucone iz mniej więcej tych samych powodów, które uniemożliwiły realizację projektów lokomotyw z reaktorami jądrowymi. A głównym powodem jest ochrona biologiczna.
Reaktor jądrowy lokomotywy musiałby być izolowany grubą warstwą ołowiu lub betonu i ze wszystkich stron. Nie da się zamknąć ściany między reaktorem a kabiną maszynisty - wszak w tym przypadku śmiertelne promieniowanie uderzy we wszystko, co znajduje się po bokach toru, pod mostami i na wiaduktach przechodzących nad torami. Całkowita waga takiej osłony biologicznej wyniosłaby setki ton, a ponadto zajęłaby znaczną objętość. Jeśli weźmiemy pod uwagę, że reaktory jądrowe powstałe w latach pięćdziesiątych same w sobie miały duże rozmiary, to rozmiar i waga lokomotywy jądrowej byłyby po prostu tytaniczne. Być może z tego powodu projektanci od razu zaczęli myśleć o tym, że standardowy tor musiałby zostać zastąpiony ultra szerokim. Ale czy wystarczy rozdzielić szyny, aby rozwiązać ten problem?
Po co odkręcać szyny
Jak powiedział nam Wiktor Michajłowicz Bogdanow, doradca dyrektora Instytutu Badań Naukowych Transportu Kolejowego, w przeszłości dyskutowano o bardzo egzotycznym projekcie budowy ultraszerokich linii kolejowych w ZSRR. Autorzy pomysłu zaproponowali usunięcie dwóch szyn wewnętrznych na torach dwutorowych. Pozostałe zewnętrzne szyny utworzyłyby tor o szerokości około sześciu metrów!
„Początkowo w naszym kraju projektowano koleje o największych gabarytach. Jeśli w Europie Zachodniej maksymalne dopuszczalne obciążenie na metr toru wynosi 6 ton, w USA na większości autostrad - 8,5-9 ton, to w Rosji wartość ta może osiągnąć 12 ton - wyjaśnia Wiktor Michajłowicz. - Konstrukcje torowe (mosty, tunele, sieć trakcyjna) zaprojektowano również dla wagonów o zwiększonych gabarytach. Jest nawet pewien margines w przypadku ładunków ponadgabarytowych. Ale to wszystko oczywiście nie jest przeznaczone dla gigantycznych wagonów i lokomotyw, które mogłyby podróżować po sześciometrowym torze. Wystarczy oszacować możliwą objętość i wagę takiego samochodu, a staje się jasne, że przy pełnym obciążeniu (nawet przy ośmiu osiach) obciążenie na metr toru wyniesie kilkadziesiąt ton. I to pomimo faktu, że właściwości ścieżki, nasypów, mostów pozostaną takie same”.
Oczywiście megapociąg atomowy musiałby nie tylko położyć szerszy tor, ale także przeliczyć i stworzyć całą infrastrukturę. W efekcie ze względów technicznych i ekonomicznych pomysł stworzenia jednego szerokiego toru z dwóch standardowych został odrzucony. Znacznie dalej w rozwoju ultraszerokotorowych (3000 mm) dróg poszło w nazistowskich Niemczech (nasz magazyn szczegółowo o tym mówił w marcowym numerze), ale i tam nie wyszedł poza dokumentację projektową i po upadku reżimu Hitlera pomysł ten nie wrócił już, biorąc pod uwagę przejawem nieuzasadnionej ekonomicznie gigantomanii.
Czarnobyl.
Wiadomości z południa
Jeśli Hiroszima nie zakłóciła miłości, która rozpaliła się pół wieku temu do wszystkiego, co atomowe (z wyjątkiem oczywiście bomb), to katastrofa w Czarnobylu, wręcz przeciwnie, wywołała falę radiofobii i odrzucenie „pokojowego atomu” na świecie. Wielu jest przerażonych samą myślą, że gdzieś w pobliżu ludzkich mieszkań reaktor atomowy będzie pędził po szynach. A jeśli zdarzy się katastrofa i zawali się lokomotywa? A co, jeśli tej katastrofie „pomogą” terroryści, którzy z pewnością nie przegapią okazji, by dostrzec ścieżkę przed pędzącym pociągiem?
Jednak bez względu na to, jak wielki jest strach przed promieniowaniem, ludzkość coraz bardziej martwi się perspektywami globalnego kryzysu energetycznego związanego z niedoborem paliw kopalnych, a także problemami środowiskowymi, które potęguje zanieczyszczenie atmosfery spowodowane spalaniem węglowodorów. Nie można zatem wykluczyć, że postęp w dziedzinie technologii jądrowych (przede wszystkim w zapewnieniu ich większego bezpieczeństwa) w najbliższej przyszłości stanie się przyczyną ożywienia zainteresowania transportem jądrowym.
Ostatnio w różnych krajach świata opracowywane są nowe typy reaktorów jądrowych - kompaktowe i bezpieczniejsze od dotychczasowych. Jeszcze w latach 90. południowoafrykańska państwowa firma Escom ogłosiła zamiar budowy tzw. Reaktora modułowego z łożem kulowym (PBMR), a niedawno (30 stycznia 2020 r.) Ogłoszono, że firma ma nadzieję na wznowienie prac nad projektem. Reaktor modułowy PBMR nie będzie miał zwykłych prętów paliwowych. Jako ogniwa paliwowe proponuje się stosowanie kulek z grafitu, w tym mikroskopijnych wtrąceń tlenku uranu w kapsułkach z węglika krzemu. Przez kulki przedmuchuje się gaz obojętny (najlepiej hel), który usuwa ciepło powstające podczas reakcji. PMBR należy do typu reaktorów wysokotemperaturowych,a ogrzany gaz ma wystarczającą energię, aby bezpośrednio napędzać turbinę niskiego ciśnienia lub przenosić ciepło do innego nośnika ciepła przez wymiennik ciepła. To znacznie poprawia wydajność całego systemu.
Ale najważniejsze w takim reaktorze jest wysokie bezpieczeństwo pasywne. Zasadniczo nie może dojść do przegrzania z eksplozją zgodnie ze scenariuszem awarii w Czarnobylu, ponieważ w projekt wbudowany jest naturalny system sprzężenia zwrotnego. Nawet jeśli przepływ gazu chłodzącego ustanie, a temperatura zacznie rosnąć, po osiągnięciu określonej wartości reakcja zatrzyma się sama.
Kolejny projekt zwartego, bezpiecznego i niezbyt kosztownego reaktora jądrowego zaproponowali naukowcy z Uniwersytetu Federalnego w Rio Grande do Sul (Brazylia). Oparte na technologii wrzącego reaktora jądrowego, urządzenie wykorzystuje również paliwo w postaci kulek z dodatkiem tlenku uranu - jednak woda pełni rolę chłodziwa.
Jeśli oba te i wiele innych podobnych projektów zostaną doprowadzone do deklarowanych parametrów, będzie można pomyśleć o zastosowaniu mniejszych i bezpieczniejszych urządzeń jądrowych w transporcie. Kto wie, może to właśnie w Południowej Afryce lub Brazylii - kraju o długich dystansach i od dawna zainteresowanym alternatywnymi źródłami energii - pomysł pociągów atomowych znajdzie jednak drugi wiatr.
Autor: Oleg Makarov