О возможности создания электростанций на угле
О. Фриш 85
От редактора.Приводимая ниже статья перепечатана ежегодника Королевского института по использованию энергетических ресурсов за 40905 год, стр. 1001.
В связи с острым кризисом, вызванным угрозой истощения урановых и ториевых залежей на Земле и Луне, редакция считает полезным призвать к самому широкому распространению информации, содержащейся в этой статье.
Введение.Недавно найденный сразу в нескольких местах уголь (чёрные, окаменевшие остатки древних растений) открывает интересные возможности для создания неядерной энергетики. Некоторые месторождения несут следы эксплуатации их доисторическими людьми, которые, по‑видимому, употребляли уголь для изготовления ювелирных изделий и чернили им лица во время погребальных церемоний.
Возможность использования угля в энергетике связана с тем фактом, что он легко окисляется, причём создаётся высокая температура с выделением удельной энергии, близкой к 0,0000001 мегаватт‑дня на грамм. Это, конечно, очень мало, но запасы угля, по‑видимому, велики и, возможно, исчисляются миллионами тонн.
Главным преимуществом угля следует считать его очень маленькую по сравнению с делящимися материалами критическую массу. Атомные электростанции, как известно, становятся неэкономичными при мощности ниже 50 мегаватт, и угольные электростанции могут оказаться вполне эффективными в маленьких населённых пунктах с ограниченными энергетическими потребностями.
Проектирование угольных реакторов.Главная трудность заключается в создании самоподдерживающейся и контролируемой реакции окисления топливных элементов. Кинетика этой реакции значительно сложнее, чем кинетика ядерного деления, и изучена ещё слабо. Правда, дифференциальное уравнение, приближённо описывающее этот процесс, уже получено, но решение его возможно лишь в простейших частных случаях. Поэтому корпус угольного реактора предлагается изготовить в виде цилиндра с перфорированными стенками. Через эти отверстия будут удаляться продукты горения. Внутренний цилиндр, коаксиальный с первым и также перфорированный, служит для подачи кислорода, а тепловыделяющие элементы помещаются в зазоре между цилиндрами. Необходимость закрывать цилиндры на концах торцовыми плитами создаёт трудную, хотя и разрешимую математическую проблему.
Тепловыделяющие элементы.Изготовление их, по‑видимому, обойдётся дешевле, чем в случае ядерных реакторов, так как нет необходимости заключать горючее в оболочку, которая в этом случае даже нежелательна, поскольку она затрудняет доступ кислорода. Были рассчитаны различные типы решёток, и уже самая простая из них — плотноупакованные сферы, — по‑видимому, вполне удовлетворительна.
Расчёты оптимального размера этих сфер и соответствующих допусков находятся сейчас в стадии завершения. Уголь легко обрабатывается, и изготовление таких сфер, очевидно, не представит серьёзных трудностей.
Окислитель.Чистый кислород идеально подходит для этой цели, но он дорог, и самым дешёвым заменителем является воздух. Однако воздух на 78% состоит из азота. Если даже часть азота прореагирует с углеродом, образуя ядовитый газ циан, то и она будет источником серьёзной опасности для здоровья обслуживающего персонала (см. ниже).
Управление и контроль.Реакция начинает идти лишь при довольно высокой температуре (988° по Фаренгейту). Такую температуру легче всего получить, пропуская между внешним и внутренним цилиндрами реактора электрический ток в несколько тысяч ампер при напряжении не ниже 30 вольт. Торцовые пластины в этом случае необходимо изготовлять из изолирующей керамики, и это вместе с громоздкой батареей аккумуляторов значительно увеличит стоимость установки. Для запуска можно использовать также какую‑либо реакцию с самовозгоранием, например между фосфором и перекисью водорода, и такую возможность не следует упускать из виду.
Течение реакции после запуска можно контролировать, регулируя подачу кислорода, что почти столь же просто, как управление обычным ядерным реактором с помощью регулирующих стержней.
Коррозия.Стенки реактора должны выдерживать температуру выше 1000°К в атмосфере, содержащей кислород, азот, окись и двуокись углерода, двуокись серы и различные примеси, многие из которых ещё неизвестны. Немногие металлы и специальная керамика могут выдержать такие условия. Привлекательной возможностью является никелированный ниобий, но, возможно, придётся использовать чистый никель.
Техника безопасности.Выделение ядовитых газов из реактора представляет серьёзную угрозу для обслуживающего персонала. В состав этих газообразных продуктов, помимо исключительно токсичных окиси углерода и двуокиси серы, входят также некоторые канцерогенные соединения, такие, как фенантрен. Выбрасывание их непосредственно в атмосферу недопустимо, поскольку приведёт к заражению воздуха в радиусе нескольких миль. Эти газы необходимо собирать в контейнеры и подвергать химической детоксификации. При обращении как с газообразными, так и с твёрдыми продуктами реакции необходимо использовать стандартные методы дистанционного управления. После обеззараживания эти продукты лучше всего топить в море.
Существует возможность, хотя и весьма маловероятная, что подача окислителя выйдет из‑под контроля. Это приведёт к расплавлению всего реактора и выделению огромного количества ядовитых газов. Последнее обстоятельство является главным аргументом против угля и в пользу ядерных реакторов, которые за последние несколько тысяч лет доказали свою безопасность. Пройдут, возможно, десятилетия, прежде чем будут разработаны достаточно надёжные методы управления угольными реакторами.
- Юрий Конобеев, Виталий Павлинчук, Николай Работнов, Владимир Турчин
- К читателям
- От составителей (Вместо предисловия)
- Почти всерьёз в разделе:
- Физика как наука и искусство Из выступления на собрании посвящённом 20‑летию со дня основания Американского института физики
- — • • • —
- Прошлое и будущее теории поля в теоретической модели, основанной на экспериментальных наблюдениях, достоверных с точностью до одного стандартного отклонения.
- — • • • —
- Как мы измеряли реактивность
- — • • • —
- Частицы и физики
- — • • • —
- К квантовой теории абсолютного нуля температуры
- — • • • —
- Движение нижней челюсти у крупного рогатого скота в процессе пережёвывания пищи
- — • • • —
- — • • • —
- Земля как управляемый космический корабль Речь на банкете, состоявшемся после конференции по физике плазмы, организованной Американским физическим обществом в ноябре 1961 года в Колорадо‑Спрингс
- Баллада об астронавте
- — • • • —
- Раскрась сам Пособие по физике высоких энергий
- Послеобеденные замечания о природе нейтрона Речь при закрытии Антверпенской конференции 1965 г.
- — • • • —
- Анализ современной музыки с использованием волновых функций гармонического осциллятора
- Полезные советы в разделе:
- Как писать научные статьи
- Введение
- Некоторые соображения о мотивах, побуждающих к написанию статьи
- Советы по оформлению рукописей
- — • • • —
- — • • • —
- — • • • —
- Приготовление кофе в научно‑исследовательских учреждениях
- — • • • —
- Как выступать на заседании американского физического общества
- — • • • —
- Советы университетским профессорам
- Антистандартизация (Творческое изобретательство)
- Комиссии
- Умение приспосабливаться к обстановке
- Техника обслуживания
- Каналы информации
- — • • • —
- Советы экзаменатору
- — • • • —
- Математизация
- Что такое математизация?
- Типографские фокусы
- Стратегия секретных символов
- «Следовательно»
- Инструкции для авторов
- Оформление рукописи
- — • • • —
- Инструкция для читателя научных статей
- Введение
- Описание экспериментальной методики
- Изложение результатов
- Обсуждение результатов
- Благодарности
- — • • • —
- Административная физика в разделе:
- Как Ньютон открыл закон всемирного тяготения
- — • • • —
- Принципы научного администрирования
- — • • • —
- Прогресс в управлении наукой Обозреватель.
- — • • • —
- Эффект Чизхолма
- — • • • —
- Среднее время, которое учёный отдаёт работе
- — • • • —
- Закон Мэрфи
- О пользе безделья
- Пять принципов
- — • • • —
- О стандартизации статей
- 1. Стандарт тн/п1
- 2. Стандарт ф/т 3
- Доклад специальной комиссии
- — • • • —
- Отчёты, которые я читал … и, возможно, писал
- 1. Загадочный отчёт
- 2. Отчёт типа «Повторите, пожалуйста, ещё раз»
- 3. Отчёт типа «Пропала мысль»
- 4. Маскирующие отчёты
- — • • • —
- Основные закономерности научной работы
- Исповедь инженера‑акустика
- — • • • —
- О профессиональных предубеждениях
- — • • • —
- Типология в научном исследовании
- Перечень типовых экзаменационных вопросов для аспирантов‑физиков
- 6. Релятивистская квантовая теория поля.
- — • • • —
- Personalia в разделе:
- Предисловие к 1‑му тому «The Journal of Jocular Physics»
- — • • • —
- Моё посвящение
- — • • • —
- Новая сказка о любопытном Слонёнке
- — • • • —
- Атом, который построил Бор
- — • • • —
- Ключ к системе ключей (Длинное письмо в редакцию)
- — • • • —
- Введение в теорию s—матрицы рассматриваемую главным образом с точки зрения приложений к описанию жизни физиков и прежде всего учитывающую характерные для таких систем статистические закономерности.
- — • • • —
- О возможности создания электростанций на угле
- К 50‑летию Рудольфа Пайерлса
- — • • • —
- П.А.У.Л.И. И его применение (Получено в июле 1932 года, частично рассекречено в июле 1951 года)
- Шутят не только физики в разделе:
- Закон Паркинсона в научных исследованиях
- — • • • —
- Как машина с машиной
- Учёный язык
- — • • • —
- О существе математических доказательств
- — • • • —
- Пример:
- § 2. Методы теоретической физики
- § 3. Методы экспериментальной физики
- — • • • —
- Сага о новом гормоне
- О вреде огурцов (Упражнение в сравнительной логике и математической статистике)
- — • • • —
- Проникновение мегамолекулярных организмов через стеклянные и металлические фильтры
- — • • • —
- Б. Подбор оппонентов
- В. Защита диссертации
- — • • • —
- Чем заняты физики?
- Квантовая теория танца Речь, произнесённая на вечере в Ленинградском физико‑техническом институте
- — • • • —
- Застольная физическая (мифИческая)
- «Гинус» даёт советы Умейте быть докладчиком!
- Умейте слушать!
- — • • • —
- Где проводить совещания
- — • • • —
- Как работает физик‑теоретик
- — • • • —
- Умейте выступать!
- Литературно‑физические пародии Пародия на газетную статью о науке
- Микромир среди лесов
- Вакуумный прибор
- Архитектурные ритмы
- Из топи веков
- Страх и ужас, или кому татор, а кому лятор
- Ковариантность и любовь
- — • • • —
- О том, как писать об учёных вообще и о молодых физиках в частности
- Возраст, внешний вид и повадки
- Досуг. Широта интересов
- Фразеология
- Выражение восторга по поводу открытия, и как оно делается
- — • • • —