Тем не иене, сегодня все менеджеры и журналисты крутятся вокруг водо-водяного атомного реактора, разработки В.В. Стекольникова из середины прошлого века. Дошло до того, что зарубежные академики пишут: - «Более того, инвестиции в атомную энергетику – это невозвратные затраты, которые затрудняют последующий переход на возобновляемые источники энергии» [1] - это полный бред. Я так предполагаю, что это провокация против России, которая единственная в мире до сих пор, хоть и мега-АЭС, но строит за свои деньги и кредиты, и обслуживает, и обеспечивает ядерным топливом.

Дешёвая и безопасная технология электрогенерации, например, возможна в виде «Ядерных батареек» [2], которые легко доставить в любую точку планеты, делает только первые шаги испытания и производства, до повсеместного её применения на Земле. Заявления Якопо Буонджорно профессора ядерной инженерии Массачусетского технологического института (MIT) США, Роберт Фрида, основателя компании GenH, и др.: - «Микрореакторы могут полностью изменить правила игры в атомной отрасли» [3] имеют фундаментальные основания для будущего поколения атомщиков. Тем не менее, уже сейчас можно рассмотреть в первом приближении варианты возможного применения «Ядерных батареек», и их изменённую конструкцию для электропитания районов планеты Земля с жарким климатом и отсутствием воды. Они подойдут и для северных районов планеты, например, для месторождений Якутии. А также для энергоснабжения инопланетных станций для землян и электрометаллургического производства там, например, в Китайском проекте освоения Луны, или в Российском проекте «Луна 27» 2030 года, или при освоении неисчерпаемых месторождений государств Африки, курируемых ВЧК Евгением Пригожиным.

В дальнейшем рассуждении в данной статье нужны будут, в первую очередь, конструкторам-изобретателям новой ядерной техники и студентам старших курсов по атомной тематике для выполнения курсовых и дипломных проектов.

При разработке идеи мини-АЭС для жаркого климата применён постулат - «условия эксплуатации будущего энергоблока определяют конструкцию атомного реактора, а не наоборот», как сегодня, уже имеющийся опробованный старый проект АЭС с водо-водяным реактором, опираясь на постулат «референтности», приспосабливают к новым условиям эксплуатации.

Исходя из моего постулата, определились следующие пункты концепции:

В процессе разработки идеи мини-АЭС для жаркого климата будут, несомненно, возникать и другие пункты концепции, которые будут добавляться к указанным выше.

Исходя из пунктов концепции, получаем следующее логичное, как вариант, техническое решение энергоблока:

Атомный реактор должен быть на быстрых нейтронах со сверхкритическим циклом газового теплоносителя - углекислого газа СО₂, одноконтурный с большим к.п.д., чем у водо-водяной технологии. Только в быстром реакторе можно применить принцип Energy Multiplier (EM²) для получения нового топлива, которое будет использоваться повторно на заводе-изготовителе. Для запуска реакции деления применить т.н. «запал нейтронов». С целью уменьшения массогабаритных характеристик активную зону надо соединить в единый модуль с турбокомпрессорной установкой. И получим, т.н. «атомный двигатель» [2] - компактную фико-энергетическую машину, которая атомную энергию, выделяемую в результате деления ядер тяжелых элементов под действием нейтронов, преобразует в механическую энергию вращения вала. Сверхкритическое давление теплоносителя для получения высокого к.п.д. надо создавать в герметичном корпусе, где будут размещены и активная зона, и турбокомпрессор, а не только компрессором, как сделано на авиационных турбинах в разведённых компоновках. Для уменьшения массогабаритных характеристик энергоблока нужно применить высокооборотистые и турбокомпрессор, и электрогенератор, например на 400 Гц переменного тока с оборотами вала 24000 об/мин. Это значительно (в 8 раз) снизит размеры энергоблока, а если требуется переменное напряжение 50 Гц, то его легко получить из постоянного тока (выпрямленного 400 Гц) с помощью полупроводникового конвектора непосредственно перед потребителем. Соединив «атомный двигатель» вертикального исполнения с электрогенератором получим вертикальный энергоблок, который будет легко охлаждать естественной циркуляцией воздуха. Соединение выходного вала «атомного двигателя» с валом электрогенератора сделаем через инерционную муфту, которая обеспечит плавную раскрутку ротора электрогенератора при пуске, а в случае короткого замыкания временно разъединит вал генератора от вала двигателя до устранения замыкания. В случае короткого замыкания в нагрузке (скачкообразное уменьшение электрического сопротивления нагрузки) реактор должен автоматически быстро сбросить мощность и перейти в режим вентиляции активной зоны. При этом не исключается одновременная работа системы защиты активной зоны от расплавления ядерного топлива путём высыпания шаровых твэлов из активной зоны. При этой ситуации получится, кто быстрее сработает, или активная зона перегреется и шаровые твэлы высыпятся в контейнеры пассивного охлаждения, или быстро снизится тепловая мощность активной зоны, и режим вентиляции обеспечит её дальнейшую работу. При коротком замыкании обороты выходного вала двигателя уменьшатся, и вал ротора электрогенератора с помощью инерционной муфты автоматически отсоединится от вала двигателя.

Для реализации пассивного охлаждения, т.е. естественной циркуляцией воздуха без потребления электроэнергии, энергоблок должен иметь вертикальную компоновку с ребрами охлаждения. Исходя из этого, энергоблок должен быть помещён в трубу, в которой организован восходящий поток воздуха за счет теплового напора, который должен создаваться самим энергоблоком. В нижней части этой трубы должен быть размещён электрогенератор, который имеет меньшее тепловыделение и его температура ограничена 100 ⁰С, а в верхней части трубы должен быть размещен атомный блок, корпус которого может нагреваться до 350 ⁰С, и нагревает воздух, за счёт чего и создаётся тяга в трубе. Исходя из изложенного логично получается следующее компоновочное решение вертикального энергоблока для Сахары, т.н. «жаркой ядерной батарейки», см. рис. 1.

На рис. 1 показаны только основные узлы вертикального энергоблока, где: 1 - корпус атомного блока; 2 - блок аппаратуры и приводов СУЗ; 3 - стержни СУЗ; 4 - периферийная часть активной зоны (начальный подогрев теплоносителя); 5 - сердцевинная часть активной зоны (окончательны подогрев теплоносителя перед турбиной); 6 - жидкометаллический свинцовый экран от нейтронов; 7 - система защиты активной зоны от перегрева и высыпания шаровых твэлов в контейнеры пассивного охлаждения поз. 10; 8 - газовая высокооборотная высокотемпературная турбина; 9 - трехзаходный высокооборотный центробежный компрессор; 10 - три контейнера пассивного охлаждения шаровых твэлов по окружности корпуса атомного блока; 11 - механизированный герметичный разъёмный фланец; 12 - корпус электрогенератора; 13 - электрогенератор; 14 - антисейсмический амортизатор; 15 - ребра охлаждения корпуса электрогенератора; 16 - подшипник вала электрогенератора; 17 - газ заполнения корпуса электрогенератора; 18 - центробежная муфта; 19 - сальник и подшипник выходного вала атомного двигателя; 20 - газ - рабочее тело атомного двигателя; 21 - выхлоп газовой турбины; 22 - теплообменник рабочего для сброса тепла через стенку атомного блока; 23 - усилители теплоотвода; 24 - горячий поток рабочего тела; 25 - охлажденный поток рабочего тела; 26 - ребра охлаждения реакторного блока; 27 - ребра охлаждения приборного бока.

Для охлаждения вертикального энергоблока придумана следующая схема, которая изображена на рис. 2. Где: 1 - вытяжная труба; 2 - бетонная опора трубы; 3 - крюк для установки и извлечения энергоблока; 4 - стакан охлаждения энергоблока; 5 - трубы подачи воздуха в стакан; 6 - ребра охлаждения энергоблока; 7 - грунт (песок). Стрелками показано движение воздуха охлаждения энергоблока. Для установки и извлечения энергоблока из стакана вытяжная труба смещается в сторону по полозьям на бетонной опоре. Одновременно труба используется как стойка крана, который осуществляет вертикальное перемещение энергоблока в стакан и обратно. Детальные подробности на рис. не указаны.

Принцип работы понятен из рисунка. В стакане 4 воздух нагревается от корпуса и ребер 6 энергоблока и поднимается вверх по вытяжной трубе 1 и выходит на высоте H трубы в атмосферу. На место нагретого воздуха по трубам 5 поступает свежий воздух с температурой 85 ⁰С. Расход воздуха в стакане охлаждения между ребрами охлаждения энергоблока определяется статическим напором Δhс между горячим воздухом в трубе и холодным воздухом атмосферы вокруг трубы. Самотяга трубы Δhс (Па), вычисляется как Δhс = (ρв – ρг )*g*H [4, стр.24], где ρв – плотность окружающего трубу воздуха, кг/м³ ; ρг - плотность воздуха в трубе; g – ускорение свободного падения, м/с² ; Н (м) – определим для первого приближенного расчета исходя из разумных размеров 50 м.

Рис. 1.

Для расчета количества тепла, которое можно снять с корпуса атомного двигателя и электрогенератора, предложена на рис. 3 следующая схема естественной циркуляции воздуха. Конечно, для расчета такой схемы будет применён в кодах CFD современный способ, но это потребует около месяца времени, если топ-ЭВМ сможет работать (сломалась, нет запасных плат, кончилась дорогая западная лицензия за $30 млн., и т.д. и т.п., и главное, «ядерные батарейки» у руководства по всей вертикали ГК Росатом не в почете).
Мы сделаем расчет за 30 минут старым методом по критериям подобия [4,6], как делают студенты в Exel, и будем уже сейчас сразу знать примерно, какую электрическую мощность можно получить от «жаркой ядерной батарейки» в пустыне Сахара.

Рис. 2.

Полный текст статьи читайте здесь.